Nonlinear control of voltage source AC-DC and DC-DC boost converters

Abstract

The nonlinear controllers for voltage source AC-DC and DC-DC boost converters are presented. It is shown that decupling vector control guarantees that reactive component of the line current vector exponentially decays to zero. As a result, the equivalent voltage dynamics of AC-DC and DC-DC converters is the same. The voltage control algorithm is based on a feedback linearizing concept and has been designed using a two time-scale separation method. The achieved weak interconnection between control loops allows making reasonable simplifying assumptions for resulting locally stable error dynamics. Nonlinear voltage controller has typical cascaded structure and provides partial linearization of the resulting voltage dynamics. Simulation and experimental results proof the effectiveness of the theoretical findings.

Представлені нелінійні регулятори для AC-DC та DC-DC двонаправлених перетворювачів напруги. Показано, що розв'язуюче векторне керування реактивної складової вхідного струму AC-DC перетворювача гарантує її експоненціальне загасання в нуль. Завдяки цьому еквівалентна динаміка підсистем напруги AC-DC та DC-DC перетворювачів описується ідентичними рівняннями. Алгоритм управління напругою побудований на основі принципу лінеаризації зворотним зв'язком і розроблений для каскадної структури при виконанні умов розподілу в часі процесів регулювання струму і напруги. Слабкий взаємний вплив між контурами регулювання, що досягається при цьому, дозволяє здійснити обґрунтовані спрощення локально асимптотично стійкої динаміки помилок регулювання струму і напруги. Нелінійний регулятор напруги має типову структуру підпорядкованого регулювання і забезпечує часткову линеаризацию результуючої динаміки напруги. Моделювання та експерименти підтверджують ефективність теоретичного конструювання системи керування.