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包含多個(gè)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(gè)降壓斬波器各自驅(qū)動(dòng)獨(dú)立負(fù)載的某軍事應(yīng)用場(chǎng)景中，要求各個(gè)降壓斬波器的輸出電流在啟動(dòng)階段和穩(wěn)態(tài)階段均具有良好的一致性，保證每個(gè)斬波器輸出電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(yán)重影響。因此為了獲得滿意的實(shí)際控制效果，必須采用控制策略對(duì)多個(gè)直流斬波器的輸出進(jìn)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(duì)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(chǎng)景取得了不同的控制效果。這些研究均對(duì)多個(gè)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(xiàn)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)滑模控制及基于AD采樣的預(yù)測(cè)控制等控制策略均取得了滿意的實(shí)際控制效果。

對(duì)于多個(gè)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(shí)間的輸出反饋控制，取得了較好的仿真效果；有學(xué)者在滑模控制的基礎(chǔ)上提出基于分?jǐn)?shù)階的滑?？刂疲诮鉀Q功率不均衡問題的同時(shí)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(cè)器的反演控制，基于狀態(tài)空間模型的預(yù)測(cè)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(shí)現(xiàn)了多直流斬波器的并聯(lián)協(xié)同控制。

對(duì)于多智能體的一致性問題，相對(duì)于穩(wěn)態(tài)一致性，人們?cè)絹碓疥P(guān)注有限時(shí)間內(nèi)的一致性問題及一致性收斂速度問題。針對(duì)多智能體系統(tǒng)，有學(xué)者使用最小階觀測(cè)器和積分器進(jìn)行動(dòng)態(tài)牽制控制，顯著提高了系統(tǒng)達(dá)到一致性的速度；有學(xué)者針對(duì)含有不確定動(dòng)力學(xué)的高階非線性多智能體系統(tǒng)提出一種實(shí)現(xiàn)有限時(shí)間一致性的分布式控制算法，驗(yàn)證了提出的控制算法能夠在有限時(shí)間內(nèi)以較高的精度達(dá)到一致；有學(xué)者提出一種主從式預(yù)測(cè)編隊(duì)控制架構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)多智能體動(dòng)態(tài)一致性提供了新的思路。

上述協(xié)同控制理論的實(shí)現(xiàn)大都基于多個(gè)直流斬波器給同一負(fù)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(gè)降壓斬波器各自驅(qū)動(dòng)獨(dú)立負(fù)載的某軍事應(yīng)用場(chǎng)景中，每個(gè)斬波器的負(fù)載不盡相同，且不同負(fù)載之間的距離較遠(yuǎn)，普通的通信方式如CAN、RS485等不能滿足實(shí)時(shí)性和遠(yuǎn)距離的要求。

為了解決由多個(gè)降壓斬波器各自驅(qū)動(dòng)獨(dú)立負(fù)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(dòng)化學(xué)院的研究人員針對(duì)由多個(gè)降壓斬波器各自驅(qū)動(dòng)獨(dú)立負(fù)載的控制系統(tǒng)提出了一種相鄰電流協(xié)同控制策略，對(duì)其穩(wěn)定性和一致性進(jìn)行分析，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(gè)降壓斬波器控制系統(tǒng)實(shí)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(shí)時(shí)信息交互系統(tǒng)，解決了不同斬波器遠(yuǎn)距離信息傳輸時(shí)延大的問題。

2）多個(gè)降壓斬波器輸出動(dòng)態(tài)一致性差異主要是負(fù)載電阻差異引起的，電感大小對(duì)電流動(dòng)態(tài)一致性影響不大。在一定負(fù)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(shí)現(xiàn)不同斬波器輸出電流的動(dòng)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(huì)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(duì)通信延時(shí)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(duì)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(chǎng)合。

5）當(dāng)負(fù)載差異過大時(shí)，受控制器性能和通信速率的影響，輸出電流達(dá)到動(dòng)態(tài)一致性的收斂速度變慢，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間變長，因此需要使用速率更高的通信方式來擴(kuò)展本控制策略的應(yīng)用范圍，從而保證在較大負(fù)載差異情況下仍能實(shí)現(xiàn)較好的輸出動(dòng)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(bào)》，論文標(biāo)題為“多斬波器電流協(xié)同控制”，作者為鄧其軍、曾文彬 等。