精確線性化是非線性控制理論中的一種基本設(shè)計(jì)方法，它基于微分幾何理論，在非線性系統(tǒng)的能控性、能觀性、標(biāo)準(zhǔn)型轉(zhuǎn)化等方面得到廣泛應(yīng)用。其主要思想是在控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)坐標(biāo)變換以及非線性狀態(tài)反饋來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的非線性特性，從而將原來(lái)的非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熟知的線性系統(tǒng)，進(jìn)而采用線性控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)滿意的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性[1-2]。

    Forward變換器本質(zhì)是非線性、多模態(tài)、時(shí)變的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)[3]，采用常規(guī)的線性控制方法較難滿足大范圍調(diào)壓和抗擾性能。為滿足系統(tǒng)高性能的控制要求，本文將狀態(tài)反饋精確線性化方法和最優(yōu)控制應(yīng)用于Forward變換器系統(tǒng)中。首先建立了系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，從理論上證明了系統(tǒng)模型滿足狀態(tài)反饋精確線性化的能控性條件和對(duì)合條件，推導(dǎo)出非線性狀態(tài)反饋控制律。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制方案的合理性。




3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)
    為驗(yàn)證控制策略的合理性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：直流電壓ui=200 V，n=0.4，給定輸出電壓為20 V，開關(guān)周期為TS=0.025 ms，負(fù)載電阻R=5 Ω，輸出濾波電感L=2 mH，電容C=100 μF。參數(shù)R在控制過(guò)程中，通過(guò)輸出電壓和流過(guò)電阻的電流進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。其中電壓傳感器采用CHV-25/400霍爾傳感器，電流傳感器采用CHB-25NP霍爾傳感器，實(shí)驗(yàn)采用TMS-320F2812 DSP為控制器，功率器件選用IRFP460 414KAX。
3.2 實(shí)驗(yàn)波形
3.2.1 系統(tǒng)啟動(dòng)響應(yīng)
    圖3為輸出電壓uo、電感電流iL的啟動(dòng)波形，從波形上看啟動(dòng)速度快，過(guò)渡時(shí)間為10 ms左右，輸出電壓基本無(wú)超調(diào)，輸出電壓無(wú)靜差。

3.2.2 負(fù)載變化瞬態(tài)響應(yīng)
    負(fù)載由R=5Ω跳變?yōu)镽=2.5 ?贅，系統(tǒng)的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)如圖4所示，從實(shí)驗(yàn)波形可以看出，系統(tǒng)在負(fù)載突變后3 ms左右系統(tǒng)穩(wěn)定，輸出電壓完全跟隨給定且無(wú)靜差，說(shuō)明系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)。
3.2.3 直流電壓變化瞬態(tài)響應(yīng)
    直流電壓uin突變：由200 V跳變?yōu)?40 V，然后再由140 V跳變?yōu)?00 V；由200 V跳變?yōu)?50 V，然后再由250 V跳變?yōu)?00 V。系統(tǒng)的直流電壓變化瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)波形如圖5所示。從實(shí)驗(yàn)波形可以看出，直流電壓變化時(shí)，輸出電壓和電感電流基本恒定，說(shuō)明對(duì)直流電壓變化擾動(dòng)抵抗能力很強(qiáng)。從式（18）可知，控制占空比對(duì)直流電壓波動(dòng)有前饋?zhàn)饔谩?/p>

    本文建立了Forward變換器的仿射非線性控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。提出對(duì)此模型應(yīng)用狀態(tài)反饋精確線性化方法和最優(yōu)設(shè)計(jì)反饋控制律，并應(yīng)用此反饋控制規(guī)律組建Forward變換器閉環(huán)控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和很強(qiáng)的魯棒性，從而驗(yàn)證了該控制策略的合理性和可行性。
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