忆阻器的动力学特性及其在电力电子软开关电路中的应用

功率开关器件一般工作在较高开关频率下，器件的开关损耗大，导致系统的效率下降并产生电磁噪声，因而研究降低开关损耗的软开关技术具有重要的理论和实际意义。.项目拟将刚得到证实的第四种无源元件- - 忆阻器应用于软开关电路中，提出新型的电力电子软开关技术原理。主要研究内容包括：1、对基本忆阻器电路的工作机理和混沌动力学行为进行深入研究，由此利用其混沌的多周期轨道特性，将变换器运动轨迹控制在不同的目标周期轨道上，实现混沌软开关技术；2、将忆阻交叉开关阵列作为软开关电路中选择电路器件的可编程接口，通过改变忆阻器的状态，形成结构可重组的软开关电路，以适应各种电力电子变换器要求。本项目的创新之处在于：一是由忆阻器构成的混沌软开关电路，实现谐振振荡周期可调，克服了传统LC谐振软开关技术负载工作范围较窄的缺陷；二是结合交叉开关技术，发展出新型的动态自适应电力电子软开关技术，实现了软开关电路拓扑结构和工作方式优化。

功率开关器件一般工作在较高开关频率下，器件的开关损耗大，导致系统的效率下降并产生电磁噪声，因而研究降低开关损耗的软开关技术具有重要的理论和实际意义。项目将第四种无源元件——忆阻器应用于软开关电路中，提出新型的电力电子软开关技术原理。本项目从忆阻器电路的建模、分析、控制以及在电力电子软开关技术中的应用四个方面进行了较为系统的研究，取得了以下研究成果：（1）在深入理解惠普忆阻器模型的基础上，分别提出了荷控式忆阻器、磁控式忆阻器模拟器接地模型和浮地模型。与忆阻器相比，忆容器作为不消耗能量的非线性储能元件在电力电子电路中有更广泛的应用。提出了一种通过二端口网络参数转换将忆阻器转换为忆容器的方法；提出了一种实现任意阶次忆容器的方法。（2）分析了基于忆阻器和忆容器的低通滤波电路特性，结果表明记忆元件滤波电路是一个时变电路，其通频带是变化的，体现出动态频域响应特性。为进一步利用其时变滤波特性奠定了基础。（3）对忆阻器电路的分岔和混沌现象及机理进行了深入的探讨。构造了基于忆阻器的两个非自治二阶混沌电路——范德波尔（Van der Pol）振荡电路和杜芬-范德波尔（Duffing-van der Pol）振荡电路，分析了电路的动力学特性及混沌同步方法。将蔡氏对偶混沌电路中的非线性元件替换成忆阻器，得到忆阻蔡氏对偶混沌电路，该电路存在一个双涡卷混沌吸引子，动力学行为丰富。（4）忆阻器所特有的记忆和时变特性，使其可以构造具有一定自适应、自学习能力的控制器，用在电力电子系统的控制中。基于忆阻器构造了单神经元PID 控制器，提出了由忆阻器实现的神经元权值自动更新策略，从而实现了PID参数的自整定，该控制律可以保证系统的稳定性，且控制算法简单、鲁棒性好、收敛快和动态响应高。（5）研究了忆阻器在缓冲电路中的作用机理，结果表明MC缓冲电路可以在减小关断电压峰值的同时，减小电压变化率。研究了忆容器在串联谐振软开关逆变器中的作用机理，若可以有效地控制忆容器两端的电压和通过的电流就可以控制其容抗的大小，从而改变电路的谐振频率，实现谐振频率自适应可调的软开关。结合该项目的研究，已培养硕士11名，在国外内学术期刊、国外内学术会议上发表论文14篇，其中核心期刊5篇，SCI收录1篇、EI收录7篇、ISTP收录3篇。获专利授权4项。