基于μ綜合的ICPT系統(tǒng)魯棒控制研究.pdf

1、感應(yīng)耦合電能傳輸(ICPT)技術(shù)是一種基于高頻電磁場(chǎng)近場(chǎng)耦合原理實(shí)現(xiàn)電能近距離無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)，涉及了電磁耦合、電力電子、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域。由于諧振網(wǎng)絡(luò)、高頻變換以及磁路耦合等環(huán)節(jié)的存在，ICPT系統(tǒng)具有的自治振蕩特性、高維非線性、不確定性等復(fù)雜的數(shù)學(xué)特性，顯著增加了對(duì)系統(tǒng)建模及綜合分析的難度。通過(guò)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前尚無(wú)一種有效的方法可以解決ICPT系統(tǒng)的不確定非線性動(dòng)力學(xué)行為建模及綜合分析問(wèn)題。
　　本文旨在針對(duì)ICPT系統(tǒng)的復(fù)

2、雜動(dòng)力學(xué)行為特性，提出一種可普遍適用于這類不確定非線性系統(tǒng)的建模與控制、穩(wěn)定性與性能分析的魯棒綜合方法，并通過(guò)將這種方法應(yīng)用到實(shí)際ICPT系統(tǒng)中以驗(yàn)證該方法的有效性。作者主要從以下幾個(gè)方面展開研究工作：
　　1．提出一種改進(jìn)型廣義狀態(tài)空間平均（GSSA）建模方法
　　針對(duì)ICPT系統(tǒng)的自治振蕩特性、高維非線性、不確定性等復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為的建模問(wèn)題，文中綜合考慮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)不確定性（高頻未建模部分）、參數(shù)不確定性及可能存在的外部擾

3、動(dòng)，在傳統(tǒng) GSSA模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)應(yīng)用線性分式變換方法分離系統(tǒng)不確定性，以及附加反映各類攝動(dòng)頻譜特性的性能加權(quán)函數(shù)，形成一種改進(jìn)型GSSA建模方法。
　　2．研究并分析在結(jié)構(gòu)化不確定性下ICPT系統(tǒng)的魯棒綜合控制問(wèn)題
　　文中以系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能為設(shè)計(jì)指標(biāo)，將ICPT系統(tǒng)在各類攝動(dòng)因素影響下的魯棒綜合問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)奇異值的最小化問(wèn)題，并采用D-K迭代算法求解出一個(gè)高階、連續(xù)的μ綜合魯棒控制器。基于最優(yōu)Ha

4、nkel范數(shù)逼近方法和離散相似法，文中還分別對(duì)高階、連續(xù)的μ綜合控制器進(jìn)行了降階及離散化處理，以使該復(fù)雜的控制律更加易于在實(shí)際工程中實(shí)現(xiàn)。
　　3．研究 ICPT系統(tǒng)在各類攝動(dòng)因素影響下的穩(wěn)定性與性能分析問(wèn)題，并提出一種電路參數(shù)魯棒優(yōu)化方法
　　文中分別從標(biāo)稱性能、魯棒穩(wěn)定性及魯棒性能三個(gè)方面對(duì)閉環(huán)攝動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析，得出了結(jié)構(gòu)化不確定性下系統(tǒng)維持魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能的不確定參數(shù)邊界條件，并進(jìn)一步提出了一種以提高系統(tǒng)魯

5、棒性為目標(biāo)的電路參數(shù)優(yōu)化方法，其核心思想就是通過(guò)增加閉環(huán)攝動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕值（結(jié)構(gòu)奇異值的倒數(shù)）來(lái)降低系統(tǒng)對(duì)電路參數(shù)攝動(dòng)的敏感程度。
　　4．通過(guò)實(shí)際的ICPT系統(tǒng)驗(yàn)證該魯棒綜合研究方法的有效性
　　以一個(gè)LCL型ICPT系統(tǒng)為研究實(shí)例，根據(jù)其改進(jìn)型GSSA模型及魯棒優(yōu)化電路參數(shù)，設(shè)計(jì)出一個(gè)基于μ綜合理論的魯棒控制器，并通過(guò)建立該μ綜合控制系統(tǒng)的仿真模型和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別對(duì)系統(tǒng)存在外部擾動(dòng)、負(fù)載攝動(dòng)以及參考電壓變化情況下的瞬態(tài)響

6、應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了分析和研究。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅說(shuō)明了μ綜合控制作用的有效性，而且還驗(yàn)證了理論研究成果的正確性。
　　本文的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)在于：
　　1.針對(duì)ICPT系統(tǒng)這一類具有自治振蕩特性、高維非線性及不確定性的系統(tǒng)建模問(wèn)題，創(chuàng)新性地將各種不確定性和外部擾動(dòng)因素考慮到GSSA建模及分析過(guò)程中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)這類系統(tǒng)復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為更加客觀及精確的描述。
　　2.針對(duì)ICPT系統(tǒng)中各類攝動(dòng)因素所帶來(lái)的魯棒綜合問(wèn)題，提出了一種基于結(jié)構(gòu)奇