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随着现代社会对智能电网和新能源的开发、利用取得长足发展,新能源直流分布式供电系统受到越来越多的关注。其中,作为主要电能处理单元的DC-DC直流变换器更是在航空航天、船舰、飞行器、电动汽车、微电网等领域得以广泛应用。由于变换器一般采用闭环调节,因此,在输入端作为负载变换器时会表现为恒功率负载(Constant Power Load,CPL)特性。带有恒功率负载的直流变换器系统为具有强耦合的非线性系统,时常受到输入电压变化、负载扰动及未建模动态等的影响。于是为了满足实际工况中对高控制性能的要求,基于传统控制理论的线性控制方法已不适用,基于非线性理论的非线性控制算法在直流变换器系统中的应用进而成为近年来的研究热点。本文将非线性控制理论应用到直流变换器建模及控制中,继而得到非线性控制策略,优化带CPL的直流变换器系统的稳定性。本文以带CPL和电阻性负载的Boost直流变换器为例,分别提出了基于复合滑模面的非奇异Terminal滑模控制(Nonsingular Terminal Sliding Mode Control,NTSMC)策略和基于非线性扰动观测器(Nonlinear Disturbance Observer,NDO)与Backstepping递归方法相结合的复合控制策略,以提升系统的输出动态性能和抗干扰能力,消除CPL负阻抗特性的影响,使系统可靠稳定运行。论文具体研究内容如下:(1)分析CPL负阻抗特性及大信号、小信号模型,详述CPL对系统造成不稳定影响机理,建立带CPL的Boost直流变换器数学模型。(2)基于微分几何理论建立带CPL的Boost直流变换器系统SISO仿射非线性模型,利用状态反馈精确线性化技术实现原非线性系统的输入及输出精确线性化。(3)为进一步提高带CPL的Boost直流变换器系统鲁棒性,考虑到滑模控制对系统外部干扰及实际不确定性扰动具有良好的抑制能力,将滑模控制思想引入带CPL的Boost直流变换器稳定控制中,选取分阶段滑模切换面与指数趋近律,设计基于复合滑模面的NTSMC控制策略,使系统具有良好的稳态误差调节能力和强鲁棒性。(4)考虑系统的非线性特性、参数摄动及负载扰动等控制难点,针对带CPL的Boost直流变换器系统稳定控制问题,本文设计NDO估计不确定性扰动,将其作为跟踪参考的前馈补偿,进而设计基于NDO的Backstepping复合控制策略。实现系统在CPL波动影响下对输出电压及电感电流的快速准确跟踪,改善系统的动态性能和稳定性。