基于單神經(jīng)元PI控制的逆變器系統仿真

摘要：將一種根據誤差的大小來(lái)調節比例系數K值的單神經(jīng)元PI控制器引入到逆變器的控制回路中，可以實(shí)現在線(xiàn)調整參數，在一定程度上不依賴(lài)于系統的模型。仿真結果表明：與常規的PI控制器相比該控制器的輸出超調量較小，有一定的自適應能力，可以提高逆變電源系統的動(dòng)態(tài)性能。
關(guān)鍵詞：逆變器；單神經(jīng)元PI；控制器；PWM；雙閉環(huán)

逆變器是將直流電能變換成交流電能的變流裝置，供交流負載用電或與交流電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。隨著(zhù)光伏發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電等新興能源的興起，逆變器在生產(chǎn)和生活中顯得日益重要。為了改善逆變器的輸出特性，人們提出了并研究了多種控制算法。PID控制器以其簡(jiǎn)單、參數易于整定等特點(diǎn)而得到廣泛的應用。但PID控制器依賴(lài)于精確的數學(xué)模型，且不具備在線(xiàn)調整PID參數的功能。單神經(jīng)元具有一定的自學(xué)習和自適應能力，結合PID控制的優(yōu)點(diǎn)可構成單神經(jīng)元自適應PID控制器，這種控制算法對系統模型具有一定的自適應能力和較強的魯棒性，但過(guò)渡時(shí)間較長(cháng)。針對單神經(jīng)元自適應PID控制器的特點(diǎn)和不足，根據誤差的變化在線(xiàn)的調整對單神經(jīng)元控制質(zhì)量影響很大的比例系數K值。本文根據電源控制的特點(diǎn)，在逆變器控制系統中引入改進(jìn)的單神經(jīng)元PI控制器。

1 單神經(jīng)元自適應PI控制器
基于單個(gè)神經(jīng)元的PI控制器框圖如圖1所示。其中微積分模塊計算兩個(gè)量：x1(k)=e(k)，x2(k)=△e(k)=e(k)-e(k-1)。采用有監督的Hebb學(xué)習算法，兩個(gè)權值的更新規則可以寫(xiě)成：

其中ηi，ηp分別為比例、積分的學(xué)習速率?？梢赃x擇這兩個(gè)權值變量為系統的狀態(tài)變量，這時(shí)控制率可以寫(xiě)成：

在這一算法中學(xué)習速率和比例系數是待定的系數。仿真實(shí)驗表明學(xué)習速率的取值對神經(jīng)元系統品質(zhì)影響不大，而比例系數K與系統的動(dòng)態(tài)響應和穩定性有密切的關(guān)系。K值較大時(shí)，系統動(dòng)態(tài)過(guò)程上升快，但超調量大，調節時(shí)間長(cháng)；K值較小時(shí)，系統響應變慢，超調量減小，但如果K值過(guò)小，響應就跟蹤不上給定信號。這里采用一種根據誤差的大小來(lái)調節比例系數K值的方法。
K=a+be(k) (3)
式中a值用來(lái)保證K大于零，b是誤差的加權系數，保證K值不會(huì )過(guò)小也不會(huì )過(guò)大。當誤差較大時(shí)，K值也相應的增大，提高系統的響應速度；當誤差較小時(shí)，K值也會(huì )變小，從而降低系統的超調量。
從以上分析中可以看出，單神經(jīng)元PI控制實(shí)質(zhì)上仍然是PI的算法，但PI參數可以在線(xiàn)調整，一定程度上不依賴(lài)與系統的數學(xué)模型，在控制品質(zhì)上有一定的優(yōu)越性。