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包含多個直流斬波器的現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)如直流電源控制系統(tǒng)等多存在非線性、高耦合等經(jīng)典控制理論無法解決的難題。在由多個降壓斬波器各自驅(qū)動獨立負載的某軍事應(yīng)用場景中，要求各個降壓斬波器的輸出電流在啟動階段和穩(wěn)態(tài)階段均具有良好的一致性，保證每個斬波器輸出電流產(chǎn)生的磁場穩(wěn)定一致，從而得到良好的消磁效果，若輸出電流不一致，消磁效果將受到嚴重影響。因此為了獲得滿意的實際控制效果，必須采用控制策略對多個直流斬波器的輸出進行協(xié)同控制。

協(xié)同控制最早是從大自然中獲得靈感，比如鳥的列隊而飛、昆蟲的蜂擁而至等。為了解決多智能體的一致性問題，近年來國內(nèi)外提出許多協(xié)同控制策略，在不同的應(yīng)用場景取得了不同的控制效果。這些研究均對多個直流斬波器的電流協(xié)同控制具有指導(dǎo)意義。在直流斬波器的控制上，文獻中提出的基于脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）的數(shù)字控制、自適應(yīng)滑?？刂萍盎贏D采樣的預(yù)測控制等控制策略均取得了滿意的實際控制效果。

對于多個直流斬波器并聯(lián)的功率不均衡問題，有學(xué)者基于一致性理論，提出電流共享控制，通過總線共享電流信息，取得了滿意的控制效果；有學(xué)者提出基于有限時間的輸出反饋控制，取得了較好的仿真效果；有學(xué)者在滑?？刂频幕A(chǔ)上提出基于分數(shù)階的滑?？刂?，在解決功率不均衡問題的同時顯著提高了系統(tǒng)的輸出效率。有學(xué)者提出基于比例積分觀測器的反演控制，基于狀態(tài)空間模型的預(yù)測控制、主從電流共享控制、主從電流共享滑?？刂埔约盎贑AN總線的主從電流跟蹤控制策略，成功實現(xiàn)了多直流斬波器的并聯(lián)協(xié)同控制。

對于多智能體的一致性問題，相對于穩(wěn)態(tài)一致性，人們越來越關(guān)注有限時間內(nèi)的一致性問題及一致性收斂速度問題。針對多智能體系統(tǒng)，有學(xué)者使用最小階觀測器和積分器進行動態(tài)牽制控制，顯著提高了系統(tǒng)達到一致性的速度；有學(xué)者針對含有不確定動力學(xué)的高階非線性多智能體系統(tǒng)提出一種實現(xiàn)有限時間一致性的分布式控制算法，驗證了提出的控制算法能夠在有限時間內(nèi)以較高的精度達到一致；有學(xué)者提出一種主從式預(yù)測編隊控制架構(gòu)，為實現(xiàn)多智能體動態(tài)一致性提供了新的思路。

上述協(xié)同控制理論的實現(xiàn)大都基于多個直流斬波器給同一負載供電的情況，較多應(yīng)用于直流電源控制系統(tǒng)中。然而在由多個降壓斬波器各自驅(qū)動獨立負載的某軍事應(yīng)用場景中，每個斬波器的負載不盡相同，且不同負載之間的距離較遠，普通的通信方式如CAN、RS485等不能滿足實時性和遠距離的要求。

為了解決由多個降壓斬波器各自驅(qū)動獨立負載的控制系統(tǒng)的電流協(xié)同一致性問題，武漢大學(xué)電氣與自動化學(xué)院的研究人員針對由多個降壓斬波器各自驅(qū)動獨立負載的控制系統(tǒng)提出了一種相鄰電流協(xié)同控制策略，對其穩(wěn)定性和一致性進行分析，并通過實驗驗證了提出的相鄰電流協(xié)同控制策略具有良好的電流協(xié)同效果。

圖1 四個降壓斬波器控制系統(tǒng)實物圖

科研人員在分析研究后得出結(jié)論如下：

1）在多降壓斬波器控制系統(tǒng)中引入工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT，構(gòu)建實時信息交互系統(tǒng)，解決了不同斬波器遠距離信息傳輸時延大的問題。

2）多個降壓斬波器輸出動態(tài)一致性差異主要是負載電阻差異引起的，電感大小對電流動態(tài)一致性影響不大。在一定負載差異范圍內(nèi)，本文提出的協(xié)同控制策略能夠較好地實現(xiàn)不同斬波器輸出電流的動態(tài)一致性。

3）增大協(xié)同控制器的比例系數(shù)可以加快不同斬波器的協(xié)同速度，然而過大的比例系數(shù)會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致輸出振蕩。

4）相較于無協(xié)同控制算法，引入相鄰電流協(xié)同控制策略對通信延時具有一定的抗干擾性。在一定范圍內(nèi)，斬波器的控制頻率對協(xié)同控制效果基本無影響，因此該協(xié)同控制算法可應(yīng)用于不同頻率場合。

5）當負載差異過大時，受控制器性能和通信速率的影響，輸出電流達到動態(tài)一致性的收斂速度變慢，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間變長，因此需要使用速率更高的通信方式來擴展本控制策略的應(yīng)用范圍，從而保證在較大負載差異情況下仍能實現(xiàn)較好的輸出動態(tài)一致性。

以上研究成果發(fā)表在2021年第15期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“多斬波器電流協(xié)同控制”，作者為鄧其軍、曾文彬 等。