【摘要】：切換系統(tǒng)是一類重要的混雜系統(tǒng),它是由多個(gè)子系統(tǒng)以及協(xié)調(diào)這些子系統(tǒng)間切換的切換規(guī)則組成的。由于很多實(shí)際系統(tǒng)具有切換特性,且越來越多的控制系統(tǒng)通過切換策略來改善控制性能,切換系統(tǒng)理論在近些年得到了廣泛關(guān)注。根據(jù)子系統(tǒng)和切換規(guī)則的性質(zhì)不同,切換系統(tǒng)可以分為很多類型,而對(duì)于不同類型的切換系統(tǒng),其穩(wěn)定性分析方法也應(yīng)具有特殊性和針對(duì)性。另一方面,目前大部分關(guān)于切換系統(tǒng)的研究成果都是圍繞漸近穩(wěn)定性得到的,即側(cè)重于研究系統(tǒng)在時(shí)間趨于無窮大時(shí)的穩(wěn)態(tài)性能。而在實(shí)際應(yīng)用中,狀態(tài)量的數(shù)值在短時(shí)間內(nèi)過大會(huì)引起飽和、擊穿等危害性現(xiàn)象的發(fā)生,也是不允許的。因此,研究切換系統(tǒng)的有限時(shí)間控制問題,即系統(tǒng)的暫態(tài)性能同樣具有十分重要的意義。類似于一般的非切換系統(tǒng),切換系統(tǒng)可以分為線性切換系統(tǒng)、非線性切換系統(tǒng)以及廣義切換大系統(tǒng)。本文在總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,針對(duì)模糊切換系統(tǒng)、大規(guī)模切換系統(tǒng)以及仿射切換系統(tǒng)的有限時(shí)間穩(wěn)定性(FTS)和有界性(FTB)進(jìn)行了深入研究,并將切換系統(tǒng)理論應(yīng)用于三相SPWM逆變器和有源電力濾波器的建模與分析控制中,其中模糊切換系統(tǒng)對(duì)應(yīng)非線性切換系統(tǒng),大規(guī)模切換系統(tǒng)對(duì)應(yīng)廣義切換大系統(tǒng),而仿射切換系統(tǒng)對(duì)應(yīng)線性切換系統(tǒng)。首先采用基于時(shí)間依賴的分析方法,以模糊切換系統(tǒng)和大規(guī)模切換系統(tǒng)為例,分別研究了非線性切換系統(tǒng)和切換大系統(tǒng)的有限時(shí)間穩(wěn)定性分析問題和有限時(shí)間H∞控制問題。對(duì)于模糊切換系統(tǒng),以模糊理論和切換理論為基礎(chǔ),分別討論了在狀態(tài)量全息和不全息情況下,如何設(shè)計(jì)模糊狀態(tài)反饋控制器和模糊輸出反饋器以保證系統(tǒng)的有限時(shí)間穩(wěn)定性。而對(duì)于大規(guī)模切換系統(tǒng),針對(duì)其每個(gè)子系統(tǒng)都有不同的切換規(guī)則和狀態(tài)變量且子系統(tǒng)之間相互耦合影響的特點(diǎn),本文以“分散”概念為核心,提出分散有限時(shí)間穩(wěn)定性分析和鎮(zhèn)定的方法。該方法體現(xiàn)出了大規(guī)模切換系統(tǒng)分散切換規(guī)則、分散狀態(tài)變量等特點(diǎn),更適合于大規(guī)模切換系統(tǒng)的分析與綜合。針對(duì)時(shí)間依賴型仿射切換系統(tǒng)給出其有限時(shí)間有界性分析和鎮(zhèn)定方法,并比較了在切換規(guī)則信息的不同認(rèn)知情況下系統(tǒng)的FTB條件的保守性,說明已知的切換規(guī)則信息越多,系統(tǒng)的FTB條件保守性越小。由于仿射常數(shù)項(xiàng)的存在,仿射切換系統(tǒng)在時(shí)間依賴型切換規(guī)則下無法實(shí)現(xiàn)漸近穩(wěn)定性。因此,通過平均滯留時(shí)間的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)仿射切換系統(tǒng)的有限時(shí)間有界性分析與綜合是具有重要的理論意義和實(shí)際意義的。由于功率開關(guān)器件的存在,電力電子電路是典型的切換系統(tǒng)。針對(duì)電力電子電路傳統(tǒng)的建模和分析方法的不足,采用切換系統(tǒng)理論對(duì)電力電子電路進(jìn)行建模和分析綜合。為了更具一般性,主要以時(shí)間依賴型的三相SPWM逆變器和狀態(tài)依賴型的三相有源電力濾波器為例展開分析。三相SPWM逆變器是典型的周期仿射切換系統(tǒng)。當(dāng)其仿射項(xiàng)為0時(shí),可以通過將逆變器各個(gè)子系統(tǒng)的停留時(shí)間常數(shù)看做可測(cè)量的不確定參數(shù)得到其等價(jià)不確定多胞模型,從而利用自治周期切換系統(tǒng)與不確定多胞模型的漸近穩(wěn)定性等價(jià)定理對(duì)其漸近穩(wěn)定性進(jìn)行分析。當(dāng)仿射項(xiàng)不為0時(shí),三相SPWM逆變器的周期仿射切換模型無法實(shí)現(xiàn)漸近穩(wěn)定性,主要針對(duì)其有限時(shí)間有界性進(jìn)行分析。由于周期切換系統(tǒng)在每個(gè)切換周期的子系統(tǒng)及滯留時(shí)間都是相同的,針對(duì)任一個(gè)切換周期內(nèi)的狀態(tài)有界性可以保證整個(gè)系統(tǒng)在t→∞時(shí)的穩(wěn)定性。對(duì)于三相有源電力濾波器,其開關(guān)過程受控于狀態(tài)誤差量,運(yùn)行過程更加復(fù)雜。以仿射切換系統(tǒng)理論為基礎(chǔ),討論了在切換規(guī)則已知,即諧波電流跟蹤算法給定情況下的有源電力濾波器建模和穩(wěn)定性分析方法。考慮數(shù)字化延時(shí)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,在切換規(guī)則未知情況下,通過設(shè)計(jì)考慮系統(tǒng)延時(shí)的H∞控制器來保證系統(tǒng)的補(bǔ)償性能。
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本文編號(hào)：2514665