微型燃机控制与电力变换系统是国家“863”重大专项(2002AA503020、2004AA503020、2007AA050501)——100kW级微型燃气轮机(WR100)关键系统之一。本文所研究的微型燃机控制与电力变换系统采用模块化结构,是一个既相互联系、又分别具有特定功能的有机整体。由燃机控制系统、变频软起动系统、直流升压降压系统、四桥臂逆变滤波输出系统等组成,本文围绕这四个系统及整机工程试验展开深入研究。基于SVPWM提出了三桥臂逆变器和四桥臂逆变器设计方法,基于模糊控制理论研究了直流降压斩波器,基于电路分析与计算提出了电力滤波器设计方法,并将燃机控制与电力变换系统融为一体。实验结果表明该系统工作稳定可靠,性能优良,具有重要的理论价值和工程应用价值。目前本成果已经获得5项专利。主要研究工作如下：1.本文基于100kW级微型燃气轮机这类含有不确定性的非线性系统,采用模糊自适应控制方法对转速跟踪控制问题进行了深入研究。由于燃机系统的精确数学模型难以建立和WR100变工况运行的复杂性,决定了该系统是一个多参数、强耦合、滞后特性复杂的实时系统,导致实际系统模型存在严重的不确定性。本文研究了燃机系统的非线性数学建模方法。首先,从燃机热力学理论出发,通过机理分析提出合理的建模假设条件,并结合假设条件给出系统变量间的静态关系；其次,基于变量间的静态关系从控制角度建立了微型燃机系统的非线性状态空间方程；最后,在Matlab/Simulink仿真平台上,对建立的模型系统进行了模型检验—阶跃响应仿真实验。模型检验结果表明,模型系统反映出的参数变化规律及特征完全符合微型燃机系统的实际运行情况,表明建立的模型的正确性和有效性。2.针对得出的燃机QP-ODEs模型系统,应用非线性系统的微分几何理论,研究了平衡点处的稳定性,并对系统的局部稳定性和全局稳定性进行了分析,在此基础上提出了微型燃机控制系统设计方法。3.针对高速永磁同步电机快速软起动问题,在对100kW级高速永磁电机理论分析的基础上,研究了适用的SVPWM控制策略,提出了微型燃机软起动控制系统设计方法。这种方法把电机双反应理论与SVPWM控制策略有机结合起来,使同步电动机微分方程中的电感不再是转子位置的函数,从而建立起常系数微分方程组的同步电动机数学模型,这样的数学模型使分析问题更简单,更利于控制。在此基础上完成了100kW级高速永磁电机变频软起动工程试验,有效地验证了基于SVPWM的微型燃机软起动控制系统的正确性。4.基于模糊控制技术,深入研究了直流升压、降压模糊控制系统。在确定直流斩波环节模糊控制器结构、确定直流斩波环节模糊控制规则、确定变量论域和比例因子、定义各状态的隶属函数、计算模糊推理关系矩阵、模糊判决或决策的基础上,提出了直流升压、降压系统设计方法。与PID控制方式相比,引入模糊控制技术能够大大提高系统的响应速度,通过改变占空比快速实现直流升压、降压和电能双向传输。完成了该系统的工程验证。5.基于直流升压、降压模糊控制技术,为提高可靠性,提出了一种具有在线多重热备份功能的直流升压、降压系统设计方法,与传统设计方法相比,系统可靠性提高三倍以上。目前在其他文献中还没有研究。6.深入研究了SVPWM的四桥臂逆变系统。首先,研究了四桥臂逆变器开关状态,提出了中性点的控制方法和四桥臂逆变器设计方法,确立了四桥臂逆变器解耦控制策略,基于电路分析与计算,研究了电力滤波器设计方法；其次,针对系统的可靠性问题,提出了一种具有在线双机热备份功能的四桥臂电力逆变器,使系统可靠性成倍提高,这种逆变器目前尚未见报道；最后,不仅基于Matlab/Simulink仿真平台进行了仿真,而且完成了四桥臂电力逆变器工程试验。仿真和试验证明,所提出的四桥臂逆变器设计方法满足在负载不平衡状况下运行时正弦电压的对称输出,控制算法简单,具有重要的理论价值和工程实用价值。7.完成了工程试验研究。微型燃机控制与电力变换系统是“863”微型燃气轮机重大专项的关键系统之一,也是其中的重点分课题,为保障该重大专项顺利实施,微型燃机控制与电力变换系统先期完成了实验室模拟试验研究,后续与微型燃机同步完成了工程试验研究。这些工作不仅包括微型燃机控制与电力变换系统控制参数的确定、微型燃机控制与电力变换系统工程试验数据分析,而且包括微型燃机变工况运行过程的验证与分析。