摘? 要：20世紀(jì)以來(lái)，功率變換技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展進(jìn)步，其中以PWM波形為基礎(chǔ)的功率變換方式更是因?yàn)樽陨淼膬?yōu)勢(shì)慢慢在該領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。由于它在功率密度、指針以及電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的諧波優(yōu)化方面具有的潛能，已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于各類電力傳動(dòng)、電力電子電源以及電網(wǎng)治理等領(lǐng)域。而基于此發(fā)展起來(lái)的開關(guān)線性功率變換技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)。魯棒性分析是現(xiàn)代控制理論的一個(gè)重要分支，也是研究系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法，開關(guān)線性功率變換技術(shù)在實(shí)踐中證實(shí)其具有自穩(wěn)定性，該文基于其電路的基本原理進(jìn)行了初步的魯棒性分析。

關(guān)鍵詞：開關(guān)? 魯棒? 變換

中圖分類號(hào)：TM464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（b）-0041-02

隨著這些年來(lái)新器件、先進(jìn)控制決策、微處理技術(shù)、先進(jìn)檢測(cè)手段的不斷更新發(fā)展，負(fù)載類型的不斷變化以及對(duì)環(huán)境綜合考慮的因素等，PWM技術(shù)應(yīng)用于一些領(lǐng)域時(shí)，遇到了技術(shù)性能需要繼續(xù)提高的需求問(wèn)題。因此，基于PWM功率變換技術(shù)且僅僅依賴先進(jìn)的算法和系統(tǒng)，以及DSP微處理器高速化的綜合應(yīng)用來(lái)提高系統(tǒng)性能已經(jīng)遇到瓶頸。從現(xiàn)實(shí)需要有待對(duì)變換模式的本質(zhì)創(chuàng)新來(lái)綜合解決此類問(wèn)題 。

1? 開關(guān)線性功率變換技術(shù)的基本原理

開關(guān)線性功率變換技術(shù)的本質(zhì)是將線性放大電路與開關(guān)放大電路進(jìn)行有機(jī)結(jié)合[1]，并充分利用放大電路的射極輸出器單元得到低阻輸出的特性，來(lái)增強(qiáng)功率變換器本身的抗干擾魯棒性（對(duì)負(fù)載參數(shù)變化不敏感）和對(duì)多類性質(zhì)負(fù)載的適應(yīng)性，從而綜合兼顧效率指標(biāo)與THD指標(biāo)。

將線性功率單元的供電電壓源取自PWM變換器的紋波輸出電壓，并使線性功率放大電路的前置電壓放大單元與PWM受控于同一個(gè)參考信號(hào)源，便構(gòu)成了基本個(gè)工作模式。見(jiàn)圖1（a），如果線性功率放大電路采用射極輸出器，那么就具有高阻輸入和低阻輸出的特性，且為晶體管的3種基本接線方式中輸出電阻最低的一種，這就使得整個(gè)開關(guān)線性功率變換技術(shù)為具有低輸出電阻的功率變換器，具備了高輸出性能的基本條件，用于380/220V系統(tǒng)時(shí)，圖1（a）中的輸出電壓U0僅與紋波供電電壓ULC和電壓放大前置單元的輸出電壓相差幾伏特，并且與之相位相同，因此保證了功率的高效傳送與諧波優(yōu)化的兼顧。

2? 魯棒性定性分析

所謂魯棒性（Robustness），粗略地講就是指系統(tǒng)的性能對(duì)不確定性的“健康”程度[2]，研究系統(tǒng)的魯棒性離不開研究系統(tǒng)的不確定性，并確認(rèn)整個(gè)控制系統(tǒng)是否能夠使得閉環(huán)系統(tǒng)保持內(nèi)穩(wěn)定性。

圖1（b）是開關(guān)線性功率變換技術(shù)的輸出等效電路，圖1（c）是與之相對(duì)應(yīng)的相量圖，從圖中可以得到，。因此可知在等效輸出電阻R0非常小時(shí)，開關(guān)線性功率變換技術(shù)的負(fù)載魯棒性和對(duì)多類負(fù)載的適應(yīng)性非常強(qiáng)，無(wú)論加載的是純阻負(fù)載，還是容性、感性負(fù)載，負(fù)載I0在R0上所形成的U都非常小，而且隨著負(fù)載性質(zhì)的變化，以O(shè)為中心，R0上的U0模為半徑，旋轉(zhuǎn)掃描過(guò)半圓面。當(dāng)R0=0時(shí)，該半圓面也就收縮到點(diǎn)O′，U0與U′0完全重合。這說(shuō)明只要R0足夠小，就能夠保證輸出電壓的大小基本不隨負(fù)載的大小或性質(zhì)的變動(dòng)而下降。

對(duì)于非線性負(fù)載，如可控硅，即使整個(gè)負(fù)載從開關(guān)線性功率變換技術(shù)的供電源中所吸取的電流諧波成分較高，但是只要R0足夠小，則在其上面的諧波電壓就遠(yuǎn)小于輸出的基準(zhǔn)電壓，相應(yīng)的影響可以忽略[3]。這就使輸出電壓保持了很好的THD指標(biāo)。例如：若R0=0.01Ω，負(fù)載額定電流為30A，當(dāng)諧波電流成分高達(dá)50%時(shí)，R0上的諧波電壓值只有30×50%×0.01=0.15V。這對(duì)于220V的電源而言，其影響是很小的。而接在同一開關(guān)線性功率變換技術(shù)電源諧波源上的其他負(fù)載仍然能夠獲得很高正弦度的供電電源。

3? 魯棒性模型分析

由于經(jīng)典的反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是要已知被控對(duì)象的精確模型，在實(shí)際工程中這一般是很難保證的。通常要用低階的線性參數(shù)模型來(lái)代替高階的非線性時(shí)變分布參數(shù)系統(tǒng)以簡(jiǎn)化被控對(duì)象的復(fù)雜性[3]。這樣就要引入系統(tǒng)模型的不確定性。除了數(shù)學(xué)模型不確定之外，在控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)環(huán)境變化與元件老化等不可預(yù)估的問(wèn)題[4]。H∞魯棒控制理論是在H∞空間通過(guò)一些性能指標(biāo)的無(wú)窮范數(shù)優(yōu)化而獲得具有魯棒性能控制器的一種控制理論。H∞范數(shù)為矩陣函數(shù)F（s）在開右半平面的最大奇異值的上界，其物理意義是它代表系統(tǒng)獲得的最大能量增益。魯棒控制理論的本質(zhì)是為多輸入、多輸出，且具有模型攝動(dòng)的系統(tǒng)提供一種頻域的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法。這種理論很好地解決了不適于模型攝動(dòng)情況的難題。

因?yàn)殚_關(guān)線性功率變換技術(shù)的魯棒性主要體現(xiàn)在其線性部分，所以要討論其魯棒性及H∞控制器只需線性功放部分即可，其框圖如圖2所示。

對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)H∞控制圖3，

由此可以看出，如果希望達(dá)到系統(tǒng)要求的魯棒性程度，則可以降低負(fù)載阻抗的方法來(lái)獲得，如果負(fù)載為確定值，那么可以通過(guò)并聯(lián)電阻減小等效阻值以達(dá)到控制系統(tǒng)要求的目標(biāo)值。

4? 結(jié)語(yǔ)

開關(guān)線性功率變換技術(shù)的控制系統(tǒng)自身具有魯棒特性，因此相對(duì)其他功率變換技術(shù)有著相對(duì)優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

[1] 周謙之.開關(guān)復(fù)合功率變換技術(shù)及其應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2004，19（8）：28-33.

[2] 褚健，俞立，蘇宏業(yè).魯棒控制理論及應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2004.

[3] 韓大華.射級(jí)輸出器開關(guān)電路的魯棒性研究[J].黑龍江科技信息，2013（25）：54.

[4] 史忠科，吳方向，王蓓，等.魯棒控制理論[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.