包含多个直流斩波器的现代工业控制系统如直流电源控制系统等多存在非线性、高耦合等经典控制理论无法解决的难题。在由多个降压斩波器各自驱动独立负载的某军事应用场景中，要求各个降压斩波器的输出电流在启动阶段和稳态阶段均具有良好的一致性，保证每个斩波器输出电流产生的磁场稳定一致，从而得到良好的消磁效果，若输出电流不一致，消磁效果将受到严重影响。因此为了获得满意的实际控制效果，必须采用控制策略对多个直流斩波器的输出进行协同控制。

协同控制最早是从大自然中获得灵感，比如鸟的列队而飞、昆虫的蜂拥而至等。为了解决多智能体的一致性问题，近年来国内外提出许多协同控制策略，在不同的应用场景取得了不同的控制效果。这些研究均对多个直流斩波器的电流协同控制具有指导意义。在直流斩波器的控制上，文献中提出的基于脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）的数字控制、自适应滑模控制及基于AD采样的预测控制等控制策略均取得了满意的实际控制效果。

对于多个直流斩波器并联的功率不均衡问题，有学者基于一致性理论，提出电流共享控制，通过总线共享电流信息，取得了满意的控制效果；有学者提出基于有限时间的输出反馈控制，取得了较好的仿真效果；有学者在滑模控制的基础上提出基于分数阶的滑模控制，在解决功率不均衡问题的同时显著提高了系统的输出效率。有学者提出基于比例积分观测器的反演控制，基于状态空间模型的预测控制、主从电流共享控制、主从电流共享滑模控制以及基于CAN总线的主从电流跟踪控制策略，成功实现了多直流斩波器的并联协同控制。

对于多智能体的一致性问题，相对于稳态一致性，人们越来越关注有限时间内的一致性问题及一致性收敛速度问题。针对多智能体系统，有学者使用最小阶观测器和积分器进行动态牵制控制，显著提高了系统达到一致性的速度；有学者针对含有不确定动力学的高阶非线性多智能体系统提出一种实现有限时间一致性的分布式控制算法，验证了提出的控制算法能够在有限时间内以较高的精度达到一致；有学者提出一种主从式预测编队控制架构，为实现多智能体动态一致性提供了新的思路。

上述协同控制理论的实现大都基于多个直流斩波器给同一负载供电的情况，较多应用于直流电源控制系统中。然而在由多个降压斩波器各自驱动独立负载的某军事应用场景中，每个斩波器的负载不尽相同，且不同负载之间的距离较远，普通的通信方式如CAN、RS485等不能满足实时性和远距离的要求。

为了解决由多个降压斩波器各自驱动独立负载的控制系统的电流协同一致性问题，武汉大学电气与自动化学院的研究人员针对由多个降压斩波器各自驱动独立负载的控制系统提出了一种相邻电流协同控制策略，对其稳定性和一致性进行分析，并通过实验验证了提出的相邻电流协同控制策略具有良好的电流协同效果。

图1 四个降压斩波器控制系统实物图

科研人员在分析研究后得出结论如下：

1）在多降压斩波器控制系统中引入工业以太网EtherCAT，构建实时信息交互系统，解决了不同斩波器远距离信息传输时延大的问题。

2）多个降压斩波器输出动态一致性差异主要是负载电阻差异引起的，电感大小对电流动态一致性影响不大。在一定负载差异范围内，本文提出的协同控制策略能够较好地实现不同斩波器输出电流的动态一致性。

3）增大协同控制器的比例系数可以加快不同斩波器的协同速度，然而过大的比例系数会破坏系统的稳定性，导致输出振荡。

4）相较于无协同控制算法，引入相邻电流协同控制策略对通信延时具有一定的抗干扰性。在一定范围内，斩波器的控制频率对协同控制效果基本无影响，因此该协同控制算法可应用于不同频率场合。

5）当负载差异过大时，受控制器性能和通信速率的影响，输出电流达到动态一致性的收敛速度变慢，系统的调节时间变长，因此需要使用速率更高的通信方式来扩展本控制策略的应用范围，从而保证在较大负载差异情况下仍能实现较好的输出动态一致性。

以上研究成果发表在2021年第15期《电工技术学报》，论文标题为“多斩波器电流协同控制”，作者为邓其军、曾文彬 等。