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DC-DC变换器作为开关电源和新能源分布式直流供电系统的核心技术发展十分迅速,目前DC-DC变换器小信号建模并采用线性反馈控制是一种成熟的方法,但这种方法在大信号条件下具有抗干扰能力弱、动态响应性能低的问题。针对以上问题,本文提出两种基于大信号平均模型的Buck变换器解耦控制系统设计方案,包括前馈解耦和前馈-逆系统解耦两种解耦控制系统设计,两种方案均适用于其它DC-DC变换器拓扑结构。提出一种前馈解耦控制系统设计方案。该方案中将电压外环和电流内环作为被控对象,采用逆推法分别设计两个环路的前馈解耦补偿器,使电压外环和电流内环成为两个相对独立的回路。由于消除了电流内环和电压外环的耦合关系,在进行PI调节器参数整定过程中明显比常规双闭环控制器效率更高。为解决前馈解耦控制系统中反馈控制器设计的问题,本文又提出前馈-逆系统解耦控制系统设计方案。该方案中被控对象中的电流内环根据最优化控制理论设计出前馈解耦补偿器;电压外环则采用逆系统理论与解耦控制理论相结合的方式设计逆系统解耦补偿器,将电压环补偿为一阶纯积分环节,并对输入直流电源扰动和负载电流扰动设计前馈解耦补偿器,将两个非线性环路补偿成伪线性系统,再根据最优化控制理论分别对电流内环和电压外环设计线性反馈控制器。同时,为了更明显的体现两种新型控制系统在大信号条件下具有优良的抗干扰能力和动态、静态响应特性,本文根据小信号模型法设计了常规双闭环控制系统。通过matlab/simulink对三种Buck变换器控制系统进行了仿真,验证了本文设计的两种控制系统性能更优,其中前馈-逆系统解耦控制器性能最优。最后,为了进一步验证理论的可行性和控制系统性能的可靠性,基于RT-LAB半实物仿真平台对Buck变换器前馈-逆系统解耦控制方案进行了快速原型实验(RCP),被控对象通过实物实现,即设计制作Buck变换器硬件电路,包括主电路、驱动电路和采样电路;控制器虚拟实现,即前馈-逆系统控制器通过RT-LAB目标机模拟实现,最终得到良好的实验效果,证明了理论的可行性。本文提出的两种方案均是在变换器大信号模型基础上进行,一定程度上解决了大信号条件下的扰动问题,具有较大的理论研究价值和实用价值。