高频开关功率变换器中的分叉理论与应用研究

高频开关功率变换器是一种分段平滑（分段线性）动力系统，属于非线性电路与系统的重要研究对象，揭示其内在的非线性实质，研究电路的动力学演化过程，是变换器电路与系统稳定设计和提高工作性能的有效途径。本项目将从非线性系统的分叉理论出发，提出时间分叉与参数分叉相互转换、相互结合的研究思路和研究方法，分别对电路的瞬态分叉和稳态分叉进行分析，从而得到电路全局稳定设计的理论依据；在分叉控制方面，针对单模块和多模块变换器系统，分别研究电路的结构和特性，给出电路的改进措施（对于单模块变换器系统，人为扩展为双频系统；对于多模块变换器系统，利用变换器本身电路特性来构造双频系统），然后结合"相位"的概念，提出"相位控制"和"反同步控制"方案，使得变换器系统工作稳定可靠、输入输出特性（瞬态响应特性、输入电流纹波、功率因数等）改善。

鉴于高频开关功率变换器的开关非线性本质，本项目以非线性系统的分叉理论为基础，对变换器和逆变器电路的分叉行为及其控制、性能改善等方面进行了详细研究。主要工作包括，（1）结合我们提出的“基于逻辑变量化简的开关电路建模分析方法”对各种电力电子电路、及电力电子电路的不同工作模式进行了建模分析与仿真计算，获得了电路稳定性分析设计结果，并对噪声导致的阵发混沌现象进行了机理性研究；（2）提出了时间分叉与参数分叉相互转换、相互结合的分析与应用方案，对于并联DC-DC变换器进行了分叉特性分析及其控制研究，获得了参数寻优的有效方法；（3）对于Cuk变换器进行了同步控制的研究，基于Lyapunov稳定性定理成功设计了电路的同步控制器，获得了驱动-响应系统的同步控制；（4）针对DC-AC逆变器，基于分叉理论研究了斜坡补偿的工作原理及其优化设计，获得了电路的稳定性设计和输出电能质量的提高。除此之外，我们还进行了拓展性预研工作，包括斜坡补偿的扩展思路和电力电子电路分析的弥补方法等。