电力电子变换器是一类包含连续状态变量和离散开关变量的切换线性系统。从切换线性系统控制理论研究电力电子变换器,具有以下优点：(1)模型中考虑了开关切换律,使系统描述更精确；(2)可以将电力电子变换器的研究方法从电路理论上升为系统理论,适合于复杂电力电子变换器的研究；(3)基于切换律设计反馈控制器,使反馈控制器设计更符合电力电子变换器开关切换运行的规律和特性,并由此发展电力电子变换器的非线性控制策略和最优控制技术。 为此,本论文尝试应用切换线性系统理论,在电力电子变换器建模、全局稳定性、鲁棒性、非线性控制特性及高动态响应控制策略等方面开展研究,以期提出一种适合于电力电子变换器分析、控制和综合设计的理论和方法。 本文的主要研究成果如下： 1、电力电子变换器切换线性系统的建模。基于切换线性模型理论,提出根据电力电子变换器的功能结构及开关特性建立其切换线性系统模型的方法。由此建立起DC-AC变换器不同运行模式和AC-DC变换器多模态运行的切换线性系统模型,使电力电子变换器切换线性系统建模从两模态系统发展到多模态系统,填补了电力电子变换器切换线性系统模型研究的空白。最后总结了电力电子变换器切换线性系统模型的特点。 2、电力电子变换器切换线性系统的稳定性分析。基于切换线性系统的稳定性原理,提出了电力电子变换器切换线性系统的二次稳定性分析方法,给出了基于矩阵束凸组合的稳定性判据,并具体应用于Boost、Buck DC-DC变换器、DC-AC变换器和三相AC-DC变换器的切换平衡点稳定性的分析及稳定参数域的确定,为设计电力电子变换器的切换律奠定理论基础。 3、电力电子变换器基于最小投影法的切换律。基于切换线性系统最小投影法概念,提出了电力电子变换器的最小投影法切换律。具体探讨了一类控制参数确定的全局稳定性最小投影法切换律,并证明了这类切换律适合于Boost DC-DC变换器、Buck DC-DC变换器、单相DC-AC变换器和三相AC-DC全桥变换器的全局镇定,且控制算法简单。同时为提高全局稳定性最小投影法切换律的鲁棒性,提出了切换平衡点自修正的设计原理和方法。此外根据系统的速度矢量场在任意状态向量处的投影值表征系统轨迹的收敛趋势的原理,建立切换线性系统基于最小投影法的收敛率分析方法,并给出速度最优最小投影法切换律的设计方法,优化了最小投影法切换律的动态响应特性。为避免最小投影法切换律控制的切换线性系统在切换面特别是切换平衡点邻域频繁抖动,给出了采用滞环技术抑制频繁抖动的方法,为最小投影法切换律在电力电子变换器控制中的应用奠定了理论基础。 4、研究电力电子变换器切换线性系统的非线性现象。基于切换线性系统单值矩阵理论,提出电力电子变换器非线性运行轨迹的分岔判据。该判据可以精确地确定切换线性系统分岔运行条件,由此分析了Buck、Boost DC-DC变换器的输入电压和最小投影法切换律的分岔参数,仿真结果表明判据的精确性,为最小投影法切换律参数的优化设计提供理论依据。 5、电力电子变换器最小投影法切换律控制系统的设计和实验验证。综合应用切换线性系统的稳定性、鲁棒性、收敛率以及抑制高频抖动的方法,设计出适用于实际电力电子变换器的最小投影法切换律的控制系统。对Boost、Buck DC-DC变换器和三相AC-DC全桥变换器最小投影法切换律控制系统的仿真和实验结果表明,这种控制系统稳定性好、鲁棒性强和动态响应高。全面验证了最小投影法切换律是一种可以在电力电子变换器中推广应用的新型控制策略。