基于μ綜合的ICPT系統(tǒng)魯棒控制研究.pdf

1、感應耦合電能傳輸(ICPT)技術是一種基于高頻電磁場近場耦合原理實現(xiàn)電能近距離無線傳輸?shù)募夹g，涉及了電磁耦合、電力電子、自動控制等多個領域。由于諧振網(wǎng)絡、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、不確定性等復雜的數(shù)學特性，顯著增加了對系統(tǒng)建模及綜合分析的難度。通過文獻檢索發(fā)現(xiàn)，目前尚無一種有效的方法可以解決ICPT系統(tǒng)的不確定非線性動力學行為建模及綜合分析問題。
　　本文旨在針對ICPT系統(tǒng)的復

2、雜動力學行為特性，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，并通過將這種方法應用到實際ICPT系統(tǒng)中以驗證該方法的有效性。作者主要從以下幾個方面展開研究工作：
　　1．提出一種改進型廣義狀態(tài)空間平均（GSSA）建模方法
　　針對ICPT系統(tǒng)的自治振蕩特性、高維非線性、不確定性等復雜動力學行為的建模問題，文中綜合考慮系統(tǒng)的動態(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，在傳統(tǒng) GSSA模型的基礎上，通過應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頻譜特性的性能加權函數(shù)，形成一種改進型GSSA建模方法。
　　2．研究并分析在結構化不確定性下ICPT系統(tǒng)的魯棒綜合控制問題
　　文中以系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能為設計指標，將ICPT系統(tǒng)在各類攝動因素影響下的魯棒綜合問題轉化為一個系統(tǒng)結構奇異值的最小化問題，并采用D-K迭代算法求解出一個高階、連續(xù)的μ綜合魯棒控制器?；谧顑?yōu)Ha

4、nkel范數(shù)逼近方法和離散相似法，文中還分別對高階、連續(xù)的μ綜合控制器進行了降階及離散化處理，以使該復雜的控制律更加易于在實際工程中實現(xiàn)。
　　3．研究 ICPT系統(tǒng)在各類攝動因素影響下的穩(wěn)定性與性能分析問題，并提出一種電路參數(shù)魯棒優(yōu)化方法
　　文中分別從標稱性能、魯棒穩(wěn)定性及魯棒性能三個方面對閉環(huán)攝動系統(tǒng)進行了檢驗和分析，得出了結構化不確定性下系統(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，并進一步提出了一種以提高系統(tǒng)魯

5、棒性為目標的電路參數(shù)優(yōu)化方法，其核心思想就是通過增加閉環(huán)攝動系統(tǒng)的穩(wěn)定裕值（結構奇異值的倒數(shù)）來降低系統(tǒng)對電路參數(shù)攝動的敏感程度。
　　4．通過實際的ICPT系統(tǒng)驗證該魯棒綜合研究方法的有效性
　　以一個LCL型ICPT系統(tǒng)為研究實例，根據(jù)其改進型GSSA模型及魯棒優(yōu)化電路參數(shù)，設計出一個基于μ綜合理論的魯棒控制器，并通過建立該μ綜合控制系統(tǒng)的仿真模型和實驗平臺，分別對系統(tǒng)存在外部擾動、負載攝動以及參考電壓變化情況下的瞬態(tài)響

6、應過程進行了分析和研究。仿真及實驗結果不僅說明了μ綜合控制作用的有效性，而且還驗證了理論研究成果的正確性。
　　本文的創(chuàng)新性貢獻在于：
　　1.針對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)建模問題，創(chuàng)新性地將各種不確定性和外部擾動因素考慮到GSSA建模及分析過程中，以實現(xiàn)對這類系統(tǒng)復雜動力學行為更加客觀及精確的描述。
　　2.針對ICPT系統(tǒng)中各類攝動因素所帶來的魯棒綜合問題，提出了一種基于結構奇