智能控制的應(yīng)用資料下載

??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(dòng)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(duì)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(jí)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(duì)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(shí)（規(guī)則）的，甚至語(yǔ)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(jiǎn)單。雖然，相對(duì)于傳統(tǒng)控制器，模糊控制通常不能提供更好的小信號(hào)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(shí)，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(duì)象的模糊關(guān)系，通過(guò)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(duì)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(cè)量值之差； ??εc（k）為給定值與測(cè)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(guò)調(diào)整加權(quán)系數(shù)，就可對(duì)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)?，α取值大小直接影響著被控量誤差和誤差變化率的加權(quán)程度，當(dāng)被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的階次較高時(shí)，對(duì)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(gè)部分： ??1）模糊化，即將輸入值轉(zhuǎn)化為模糊量； ??2）知識(shí)庫(kù)，通常由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則庫(kù)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(guò)程是基于模糊邏輯中的蘊(yùn)涵關(guān)系及推理規(guī)則來(lái)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(gè)黑箱表示，其上有四個(gè)端子，分別接輸入電壓us，輸出電壓uo，電感電流iL和控制開(kāi)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(guò)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(méi)有考慮電感電流，雖然與PID控制相比其輸出電壓波動(dòng)小于PID控制，并且具有較快的瞬態(tài)響應(yīng)，但是，動(dòng)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(gè)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(duì)于只利用輸出電壓變量的模糊控制器來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)性能更令人滿意。同時(shí)，通過(guò)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(hào)響應(yīng)，并且改進(jìn)了大信號(hào)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(jiǎn)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(dòng)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(guò)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。