智能控制在DC/DC變換器中的應用

1 引言

DC/DC變換器是一種強非線(xiàn)性電路，電路的電氣參數存在不確定性，負載性質(zhì)也是多變的，主電路的性能必須滿(mǎn)足負載大范圍的變化，同時(shí)它還具有離散和變結構的特點(diǎn)，所有這些使DC/DC變換器控制器的設計較為復雜。由于傳統的控制方法是基于線(xiàn)性系統理論，所以，應用于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(xiàn)性系統理論。一種是建立一種精確的非線(xiàn)性模型，但是，這種方法需要復雜的數學(xué)推導，經(jīng)常導致復雜的控制算法，而不適合實(shí)際應用。另一種方法是把人工智能的啟發(fā)式推理規則用于學(xué)習控制系統，即智能控制，它不需要建立精確的數學(xué)模型，并且對于電路參數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)科為基礎的。智能控制的基本出發(fā)點(diǎn)是仿人的智能實(shí)現對復雜不確定性系統進(jìn)行有效的控制。目前智能控制設計的途徑有：

1）基于專(zhuān)家系統的專(zhuān)家智能控制；

2）基于模糊推理和計算的模糊控制；

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變換器中的應用。

3 模糊控制在DC/DC變換器中的應用

模糊控制是應用模糊集合理論的控制方法，提供一種實(shí)現基于知識（規則）的，甚至語(yǔ)言描述的控制規律的新機理，例如：如果輸出電壓誤差是正的，并且它的變化率是負的，那么輕微減少占空比等等。所以，模糊控制設計方法比較簡(jiǎn)單。雖然，相對于傳統控制器，模糊控制通常不能提供更好的小信號響應，但是，它是基于啟發(fā)式推理規則的，在非線(xiàn)性的DC/DC變換器中應用是非常容易的。

模糊控制的基本思想是基于專(zhuān)家經(jīng)驗和領(lǐng)域知識，總結出若干條以IF（條件）THEN（作用）形式表示的模糊控制規則，構成描述具有不確定性復雜對象的模糊關(guān)系，通過(guò)被控系統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,其控制規則為

μ(k)=ε(k)＋(1－α)ε_c(k)

式中：μ(k)為輸出與測量值之差；

ε_c(k)為給定值與測量值之差，ε_c(k)=ε(k)－ε(k－1)為誤差變化率；

α為加權修正因子,在0～1之間取值。

通過(guò)調整加權系數,就可對控制規則進(jìn)行修正。以α作為調整參數是很方便的,因為，α取值大小直接影響著(zhù)被控量誤差和誤差變化率的加權程度,當被控對象數學(xué)模型的階次較高時(shí),對誤差變化率的加權應大于誤差的加權值,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，即將輸入值轉化為模糊量；

2）知識庫，通常由數據庫和模糊控制規則庫組成；

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(guò)程是基于模糊邏輯中的蘊涵關(guān)系及推理規則來(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