資料介紹
??1 引言
??DC/DC變換器是一種強(qiáng)非線性電路,電路的電氣參數(shù)存在不確定性,負(fù)載性質(zhì)也是多變的,主電路的性能必須滿足負(fù)載大范圍的變化,同時(shí)它還具有離散和變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),所有這些使DC/DC變換器控制器的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。由于傳統(tǒng)的控制方法是基于線性系統(tǒng)理論,所以,應(yīng)用于DC/DC變換器中并不能獲得理想的動態(tài)性能。
??有兩種途徑可以不利用線性系統(tǒng)理論。一種是建立一種精確的非線性模型,但是,這種方法需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo),經(jīng)常導(dǎo)致復(fù)雜的控制算法,而不適合實(shí)際應(yīng)用。另一種方法是把的啟發(fā)式推理規(guī)則用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng),即智能控制,它不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型,并且對于電路參數(shù)變化具有良好的魯棒性。
??2 智能控制
??智能控制是控制理論發(fā)展的高級階段,它的建立和發(fā)展是以眾多新興學(xué)科為基礎(chǔ)的。智能控制的基本出發(fā)點(diǎn)是仿人的智能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜不確定性系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。目前智能控制設(shè)計(jì)的途徑有:
??1)基于專家系統(tǒng)的專家智能控制;
??2)基于模糊推理和計(jì)算的模糊控制;
??3)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制;
??4)基于信息論,遺傳算法和以上三種算法的集成型智能控制。
??本文將重點(diǎn)討論模糊控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在DC/DC變換器中的應(yīng)用。
??3 模糊控制在DC/DC變換器中的應(yīng)用
??模糊控制是應(yīng)用模糊集合理論的控制方法,提供一種實(shí)現(xiàn)基于知識(規(guī)則)的,甚至語言描述的控制規(guī)律的新機(jī)理,例如:如果輸出電壓誤差是正的,并且它的變化率是負(fù)的,那么輕微減少占空比等等。所以,模糊控制設(shè)計(jì)方法比較簡單。雖然,相對于傳統(tǒng)控制器,模糊控制通常不能提供更好的小信號響應(yīng),但是,它是基于啟發(fā)式推理規(guī)則的,在非線性的DC/DC變換器中應(yīng)用是非常容易的。
??模糊控制的基本思想是基于專家經(jīng)驗(yàn)和領(lǐng)域知識,總結(jié)出若干條以IF(條件)THEN(作用)形式表示的模糊控制規(guī)則,構(gòu)成描述具有不確定性復(fù)雜對象的模糊關(guān)系,通過被控系統(tǒng)輸出誤差及誤差變化和模糊關(guān)系的推理合成獲得控制量,從而對系統(tǒng)進(jìn)行控制。
??模糊控制采用帶修正因子的模糊控制器,其控制規(guī)則為
??μ(k)=ε(k)+(1-α)εc(k)
??式中:μ(k)為輸出與測量值之差;
??εc(k)為給定值與測量值之差,εc(k)=ε(k)-ε(k-1)為誤差變化率;
??α為加權(quán)修正因子,在0~1之間取值。
??通過調(diào)整加權(quán)系數(shù),就可對控制規(guī)則進(jìn)行修正。以α作為調(diào)整參數(shù)是很方便的,因?yàn)椋寥≈荡笮≈苯佑绊懼豢亓空`差和誤差變化率的加權(quán)程度,當(dāng)被控對象數(shù)學(xué)模型的階次較高時(shí),對誤差變化率的加權(quán)應(yīng)大于誤差的加權(quán)值,因而α可取較小值,反之亦然。
??模糊控制框圖如圖1所示。模糊控制器被分為4個部分:
??1)模糊化,即將輸入值轉(zhuǎn)化為模糊量;
??2)知識庫,通常由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫組成;
??3)模糊推理,它是模糊控制器的核心,具有模擬人的,基于模糊概念的推理能力,該推理過程是基于模糊邏輯中的蘊(yùn)涵關(guān)系及推理規(guī)則來進(jìn)行的;
??4)非模糊化,即將模糊推理得到的模糊量變換為實(shí)際用于控制的精確量。
??
??圖1 模糊控制框圖
??3.1 模糊控制在DC/DC變換器反饋控制中的應(yīng)用
??DC/DC變換器的模糊控制框圖如圖2所示。
??
??圖2 DC/DC變換器的模糊控制框圖
??圖中DC/DC變換器用一個黑箱表示,其上有四個端子,分別接輸入電壓us,輸出電壓uo,電感電流iL和控制開關(guān)S。其中只有輸出電壓和電感電流送入了模糊控制器。
??模糊控制規(guī)則基于以下幾條標(biāo)準(zhǔn):
??1)當(dāng)變換器的輸出遠(yuǎn)離設(shè)置點(diǎn)時(shí),大幅度調(diào)整占空比,以使輸出快速回到設(shè)置點(diǎn);
??2)當(dāng)變換器的輸出接近設(shè)置點(diǎn)時(shí),可以稍微調(diào)整一下占空比;
??3)當(dāng)變換器的輸出在設(shè)置點(diǎn)附近并且快速接近它時(shí),應(yīng)當(dāng)保持占空比不變,以防止有超調(diào)量;
??4)當(dāng)變換器的輸出到達(dá)了設(shè)置點(diǎn)并且仍在變化時(shí),稍微變化占空比以防止輸出遠(yuǎn)離設(shè)置點(diǎn);
??5)當(dāng)輸出到達(dá)了設(shè)置點(diǎn)并保持穩(wěn)定時(shí),占空比保持不變;
??6)當(dāng)輸出超過了設(shè)置點(diǎn),應(yīng)減小占空比,反之亦然。
??通常同樣的模糊控制規(guī)則可以應(yīng)用在幾種不同類型的DC/DC變換器中,只是一些比例因子要根據(jù)變換器的不同拓?fù)浜蛥?shù)做相應(yīng)的調(diào)整。
??文獻(xiàn)[1]把模糊控制應(yīng)用于Cuk變換器的電壓反饋中,但只利用了輸出電壓和它的變化率,沒有考慮電感電流,雖然與PID控制相比其輸出電壓波動小于PID控制,并且具有較快的瞬態(tài)響應(yīng),但是,動態(tài)性能還是不夠理想。
??文獻(xiàn)[2]分別把模糊控制應(yīng)用于Buck-Boost和Sepic變換器中,模糊控制器利用了三個輸入變量:輸出電壓誤差εu;電感電流誤差εi;電感電流iL。相對于只利用輸出電壓變量的模糊控制器來說,動態(tài)性能更令人滿意。同時(shí),通過仿真證明了模糊控制與傳統(tǒng)控制方法具有同樣快和穩(wěn)定的小信號響應(yīng),并且改進(jìn)了大信號響應(yīng)性能。
??3.2 模糊控制在主從均流控制的并聯(lián)DC/DC變換器中的應(yīng)用
??利用主從控制方法并聯(lián)工作的變換器具有大量的控制環(huán),所以,很難得到系統(tǒng)的實(shí)際模型。傳統(tǒng)的控制方法是基于簡單平均化的線性模型,在負(fù)載大范圍變化和存在干擾的情況下,則得不到很好的動態(tài)響應(yīng)。模糊控制方法克服了建立復(fù)雜模型的困難,因此,可以應(yīng)用于實(shí)際工程中,并且用數(shù)字和模擬方法都可以實(shí)現(xiàn)。
??文獻(xiàn)[3]把模糊控制引入到均流環(huán)中,可以得到快速且魯棒性強(qiáng)的瞬態(tài)響應(yīng)。把經(jīng)過PD控制的均流誤差送入模糊控制器,利用PID控制的結(jié)果得出模糊推理規(guī)則,仿真結(jié)果表明負(fù)載分別為額定負(fù)載的50%和90%時(shí),瞬態(tài)響應(yīng)良好。
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