Boost变换器无奇点IDA-PBC控制新方法及其在直流微网稳定互联中的应用研究

《Mathematics and Computers in Simulation》：Novel singularity-free IDA-PBC design method for stable interconnection of boost converters

本综述系统阐述了基于互联与阻尼分配无源控制（IDA-PBC）的Boost变换器新型控制策略，通过消除传统方法中的奇点问题，实现了直流微网（DC-MG）的模块化互联与大信号稳定性。该方法创新性地引入电流参考计算机制，在保持端口受控哈密顿（PCH）形式与无源性证明的同时，显著提升了系统动态性能与鲁棒性，为复杂能源系统（如燃料电池-储能混合供电网络）的稳定控制提供了关键技术支撑。

　　

Section snippets

General method

全局系统的无源性在通过并联和反馈互联无源子系统时得以保持，但级联互联（常见于电力电子与微网）中该特性无法保证。文献[16]提出基于端口受控哈密顿（PCH）形式的解决方案，通过系统自然电气端口（即电压与电流）表达接口。基于此，本文系统表述为以下PCH形式。

Duty-cycle calculation

所研究Boost变换器的状态方程（6）通过将占空比拆分为两项（D = D + D^c）重写为（10）：其中D通常用于满足稳态方程（框选项），与IDA-PBC中电感电流的参考偏移量I^*共同作用；D^c用于监测状态变量误差如（12）。本文提出改进的稳态方程集：其中框选项相较于经典求解方式新增内容。

Experimental validation of the voltage-controlled converter

采用所提IDA-PBC控制输出电压的单个Boost变换器进行实验验证。系统与控制器参数见表1。系统由稳压电源供电，输出端接阻性负载。控制器整体架构见图6。控制器运行于dSPACE SCALEXIO系统，开关频率与采样频率匹配为f_sw = 20 kHz。

Parameters uncertainty

本节对组网型变换器在无源元件值不确定情况下进行鲁棒性分析。由于所提控制高度依赖模型参数，误差可能导致失稳。例如电容器老化会随时间降低其值，电感值则随电流增大而减小（速率取决于磁性材料）。基于离散化电流参考计算式（17），鲁棒性...

Conclusions

本文通过消除占空比解中的奇异表达式，改进了文献[16]中应用于Boost变换器的IDA-PBC方法。新提出的占空比方程保留了扰动观测器表达式和闭环系统自然电气端口，充分利用了先前无源性与稳定性的证明。新控制引入了变换器电感电流参考的改进计算方式，动态...