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基于软开关功率变换器的PID神经网络控制方法的研究

赵延红  
【摘要】: 近年来电力电子技术迅猛发展,直流开关电源广泛应用于计算机、邮电通讯、电力系统和航空航天等领域。软开关技术顺应电子技术的日益小型化、高频化和高效率的要求,成为电力电子领域中极热门的研究方向并且得到了广泛的应用。但是由于这些系统本身严重的非线性以及谐振元件的增加,使得系统的结构更加复杂,传统的控制方法很难达到控制要求。随着智能控制理论的发展,人工神经网络已经引起越来越多的关注,尤其是神经网络对任意非线性系统的逼近性的特点,使得神经网络成为控制理论研究的新课题。本文将探索将神经网络的特点与传统的PID控制规律相结合,设计一种新型的PID神经网络控制器并将其应用到软开关功率变换器的控制回路中。 本论文的主要内容如下: (1)首先介绍了开关电源技术的发展现状,并分类介绍了在软开关功率变换器中使用或研究的现代控制方法和智能控制方法,分析了各种控制方法应用在软开关功率变换器中的优缺点。 (2)简要分析了传统PID控制与自适应PID控制的优缺点,以及神经网络在控制系统中的应用,还介绍了PID与神经网络相结合的理论研究,为PID神经网络控制器的设计打下了理论基础。 (3)以零电流开关准谐振BUCK电路为例,详细分析了软开关功率变换器的工作原理,根据谐振电路的特点,利用高频网络平均法建立平均电路模型,并在此基础上建立了软开关准谐振变换器的状态方程和交流小信号模型。 (4)根据PID与神经网络相结合的理论,在BP网络的基础上设计了新型的PID神经网络控制器,并对其结构和学习算法进行了详细的介绍。 (5)将已设计好的PID神经网络控制应用到软开关功率变换器中,分析其对系统输出的动静态性能的影响,同时还与开环控制和传统的PID控制的控制效果进行对比,结果表明PID神经网络控制器具有更好的控制效果,验证了该控制器的有效性及合理性。


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