Boost 变换器的电压控制：PI 控制与非线性无源控制之比较

我们对为简单电阻负载供电的 Boost 变换器的直接电压控制进行了详细分析。首先，我们证明使用经典 PI 控制来稳定所需平衡点会导致非常复杂的动态行为，该行为由两个平衡点组成，其中一个对于所有 PI 增益和电路参数值始终不稳定。有趣的是，第二个平衡点可以被稳定——但所有调节增益会导致电路电流和控制器积分器状态的值极大。此外，如果我们忽略电感的电阻效应，则只有一个平衡点且它始终不稳定。从实际角度来看，重要的是要注意唯一有用的平衡点是电流最小的平衡点，而且电感中始终存在电阻分量，要么由于其寄生电阻，要么由于前一级输出阻抗的电阻分量。与这种麻烦的情况相反，我们回顾了三种非线性电压反馈控制器，它们通过简单的增益调节规则、易于定义的吸引域和平滑的瞬态行为确保了所需平衡点的渐近稳定性。其中两个是非常简单的非线性静态电压反馈规则，而第三个是 PID 方案的变体，称为基于无源性的控制（PBC）。在其原始公式中，PID-PBC 需要全状态测量，但我们提出了一个包含电流观测器的修改版本。所有三种非线性控制器都是遵循 PBC 原理设计的，该原理在许多工程应用中取得了巨大成功。