精確線性化是非線性控制理論中的一種基本設計方法，它基于微分幾何理論，在非線性系統的能控性、能觀性、標準型轉化等方面得到廣泛應用。其主要思想是在控制器設計過程中通過坐標變換以及非線性狀態反饋來補償系統的非線性特性，從而將原來的非線性系統轉化為熟知的線性系統，進而采用線性控制策略來實現滿意的穩態和動態特性[1-2]。

    Forward變換器本質是非線性、多模態、時變的動態系統[3]，采用常規的線性控制方法較難滿足大范圍調壓和抗擾性能。為滿足系統高性能的控制要求，本文將狀態反饋精確線性化方法和最優控制應用于Forward變換器系統中。首先建立了系統數學模型，從理論上證明了系統模型滿足狀態反饋精確線性化的能控性條件和對合條件，推導出非線性狀態反饋控制律。最后通過實驗驗證了控制方案的合理性。




3 實驗驗證
3.1 實驗參數
    為驗證控制策略的合理性，對系統進行實驗研究。實驗參數如下：直流電壓ui=200 V，n=0.4，給定輸出電壓為20 V，開關周期為TS=0.025 ms，負載電阻R=5 Ω，輸出濾波電感L=2 mH，電容C=100 μF。參數R在控制過程中，通過輸出電壓和流過電阻的電流進行參數辨識。其中電壓傳感器采用CHV-25/400霍爾傳感器，電流傳感器采用CHB-25NP霍爾傳感器，實驗采用TMS-320F2812 DSP為控制器，功率器件選用IRFP460 414KAX。
3.2 實驗波形
3.2.1 系統啟動響應
    圖3為輸出電壓uo、電感電流iL的啟動波形，從波形上看啟動速度快，過渡時間為10 ms左右，輸出電壓基本無超調，輸出電壓無靜差。

3.2.2 負載變化瞬態響應
    負載由R=5Ω跳變為R=2.5 ?贅，系統的負載瞬態響應如圖4所示，從實驗波形可以看出，系統在負載突變后3 ms左右系統穩定，輸出電壓完全跟隨給定且無靜差，說明系統抗負載擾動能力強。
3.2.3 直流電壓變化瞬態響應
    直流電壓uin突變：由200 V跳變為140 V，然后再由140 V跳變為200 V；由200 V跳變為250 V，然后再由250 V跳變為200 V。系統的直流電壓變化瞬態實驗波形如圖5所示。從實驗波形可以看出，直流電壓變化時，輸出電壓和電感電流基本恒定，說明對直流電壓變化擾動抵抗能力很強。從式（18）可知，控制占空比對直流電壓波動有前饋作用。

    本文建立了Forward變換器的仿射非線性控制系統數學模型。提出對此模型應用狀態反饋精確線性化方法和最優設計反饋控制律，并應用此反饋控制規律組建Forward變換器閉環控制系統。實驗結果表明，系統具有良好的動態響應能力和很強的魯棒性，從而驗證了該控制策略的合理性和可行性。
參考文獻
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