Nghiên cứu về điều khiển không có mô hình của nguồn điện chuyển mạch

Bài báo này trình bày một phương pháp điều khiển không cần mô hình để chuyển đổi nguồn điện. Bộ điều khiển thích ứng không mô hình hóa, còn được gọi là bộ điều khiển không mô hình, cách tiếp cận này phá vỡ các hạn chế của điều khiển PID và chỉ ra một hướng phát triển mới cho sự phát triển của bộ nguồn chuyển mạch. Từ khóa: cung cấp điện chuyển mạch, điều khiển PID, điều khiển không có mô hình, PWM [b] [align = center] Nghiên cứu cung cấp điện chuyển mạch dựa trên bộ điều khiển miễn phí mô hình ZHANG ke, QI Xing-Guang (Viện Công nghiệp nhẹ Sơn Đông, Sơn Đông, Tế Nam , 250353 [/ align] [/ b] Abstract: Bài báo này trình bày phương pháp thiết kế bộ nguồn chuyển đổi không mô hình. Bộ điều khiển thích ứng không mô hình còn có tên là bộ điều khiển thích ứng non_modeling, cách tiếp cận hủy bỏ các khái niệm về PID, Chỉ ra một hướng mới cho phát triển bộ nguồn chuyển mạch Từ khóa: bộ nguồn chuyển mạch, điều khiển PID, bộ điều khiển miễn phí model, PWM 1. Giới thiệu Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử công suất, thiết bị điện tử ngày càng gắn bó mật thiết với công việc và cuộc sống của con người, và thiết bị điện tử là Bộ nguồn đáng tin cậy là không thể thiếu Bộ nguồn chuyển mạch là loại bộ nguồn sử dụng công nghệ điện tử công suất hiện đại để kiểm soát tỷ lệ thời gian bật và tắt bóng bán dẫn để duy trì ổn định o điện áp utput. Các bộ nguồn chuyển mạch thường được điều khiển bởi các IC điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM) và MOSFET. Thành phần. Phần lớn phần điều khiển bộ nguồn chuyển mạch được thiết kế và làm việc theo tín hiệu tương tự. Nhược điểm là khả năng chống nhiễu rất kém. Do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điều khiển máy tính, việc xử lý và điều khiển các tín hiệu số đã cho thấy những ưu điểm rõ ràng: thuận tiện cho máy tính Xử lý và điều khiển, tính linh hoạt của thiết kế được cải thiện rất nhiều, gỡ lỗi phần mềm thuận tiện, v.v. và điều khiển PID xuất hiện. Nó làm cho bộ nguồn chuyển mạch phát triển theo hướng số hóa, thông minh, đa chức năng. Điều này chắc chắn cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của nguồn điện chuyển mạch. Nhưng vì bản thân nguồn điện chuyển mạch là một đối tượng phi tuyến tính, việc thiết lập mô hình chính xác của nó là khá khó khăn và việc xử lý gần đúng thường được sử dụng, và hệ thống cung cấp điện và sự thay đổi tải của nó là không chắc chắn, vì vậy thường khó sử dụng các phương pháp điều khiển PID tương tự hoặc kỹ thuật số nêu trên. Các thông số của bộ điều chỉnh PID thay đổi tương ứng. Hiệu quả kiểm soát không lý tưởng. Phương pháp điều khiển không mô hình được phát triển gần đây [1] là một phương pháp điều khiển đầy hứa hẹn. Nó không dựa trên mô hình toán học của đối tượng được điều khiển, và tích hợp mô hình hóa và điều khiển. Đối với một số cấu trúc Biến phức tạp hoặc bất định rất thích hợp cho các hệ thống khó mô tả bằng các mô hình toán học chính xác. Hệ thống điều khiển của nguồn điện đóng cắt được cải tiến, không chỉ đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất cao và độ tin cậy cao của nguồn cung cấp điện đóng cắt. 2. Nguyên lý làm việc của bộ nguồn đóng cắt Sơ đồ khối nguyên lý của bộ nguồn đóng cắt được thể hiện trên hình 1. Điện áp lưới được biến đổi thành điện áp một chiều đưa vào bộ biến đổi cao tần thông qua bộ chỉnh lưu và lọc ở mạch vòng đầu vào. , và bộ chuyển đổi tần số cao chuyển đổi điện áp DC đầu vào thành điện áp sóng vuông xung tần số cao, đi qua xung tần số cao trong vòng lặp đầu ra. Bộ chỉnh lưu và lọc tần số trở thành điện áp một chiều để cấp cho tải. [align = center] Hình 1 Nguyên lý hoạt động của việc chuyển đổi nguồn điện [/ align] Vòng điều khiển với máy vi tính làm lõi, lấy mẫu điện áp đầu ra và dòng điện của nguồn điện chuyển mạch với sự hỗ trợ của phần mềm điều khiển và so sánh với dữ liệu đã cho, và sau đó Để điều chỉnh và điều khiển biến tần, hãy thay đổi tần số dẫn hoặc thời gian dẫn / ngắt của MOSFET để ổn định đầu ra và theo dõi trạng thái làm việc của nguồn điện chuyển mạch. 3. Thành phần của hệ thống phần cứng cung cấp điện chuyển mạch Hệ thống điều khiển cung cấp điện chuyển mạch có thể lựa chọn các bộ vi xử lý khác nhau tùy theo tình hình thực tế của dự án. Sơ đồ khối nguyên lý cấu tạo của nó được thể hiện như trong Hình 2. Mạch bật nguồn / thiết lập lại cung cấp nguồn điện ổn định và chức năng đặt lại cho bộ vi xử lý. Hồi tiếp điện áp đầu ra dùng để điều chỉnh giá trị điện áp đầu ra và giữ ổn định điện áp đầu ra. Mạch hồi tiếp dòng điện có chức năng tương tự như mạch hồi tiếp điện áp. Mạch hiển thị ống kỹ thuật số và mạch nhập bàn phím thực hiện chức năng tương tác giữa người và máy tính. Mạch điều khiển đầu ra PWM xuất ra các xung để điều khiển việc bật và tắt. Khi điện áp đầu ra cao hơn điện áp yêu cầu, độ rộng của xung đầu ra bị giảm, do đó làm giảm điện áp đầu ra; khi điện áp đầu ra thấp hơn điện áp yêu cầu, xung đầu ra Độ rộng được tăng lên, do đó làm tăng điện áp đầu ra. [align = center] Hình 2 [/ align] 4. Nguyên tắc điều khiển không mô hình 4.1 Tổng quan chung về điều khiển không mô hình Trong thiết kế luật điều khiển, thông thường cần thiết lập mô hình toán học của hệ thống động lực. Các phương pháp cổ điển yêu cầu mô hình toán học này phải được thiết lập trước, ít nhất cấu trúc của nó phải được xác định trước. Và mô hình càng chính xác thì càng tốt. Việc thiết kế luật điều khiển không có mô hình phá vỡ hạn chế mà luật điều khiển yêu cầu mô hình toán học phải được thiết lập trước càng chính xác càng tốt. Các thủ tục mô hình hóa của chúng tôi được thực hiện với kiểm soát phản hồi. Mô hình toán học ban đầu có thể không chính xác, nhưng phải đảm bảo rằng luật điều khiển được thiết kế có một mức độ hội tụ nhất định. Luật kiểm soát không có mô hình mà chúng tôi thiết kế là kiểm soát trong khi mô hình hóa. Sau khi có dữ liệu quan sát mới, hãy lập mô hình lại. Điều khiển. Tiếp tục theo cách này, để mô hình toán học thu được mỗi lần chính xác dần, do đó hiệu suất của luật điều khiển cũng được cải thiện. Chúng tôi gọi quy trình này là quy trình tích hợp của mô hình hóa thời gian thực và điều khiển phản hồi. 4.2 Cách tiếp cận tích hợp của mô hình hóa và điều khiển thích ứng Trong tài liệu tham khảo, mô hình tổng quát sau được đề xuất: y (k) -y (k-1) = φ (k-1) [u (k-1) - u (k- 2)] (4-1) Không mất tính tổng quát, giả thiết rằng độ trễ thời gian của hệ thống động điều khiển S là 1, y (k) là đầu ra một chiều của hệ thống S và u (k-1) là P Wei mất người. φ (k) là một tham số đặc trưng, ​​được ước lượng trực tuyến bằng cách sử dụng một thuật toán nhận dạng nhất định và k là thời gian rời rạc. Chúng ta sẽ thấy rằng φ (k) có ý nghĩa toán học và kỹ thuật rõ ràng trong việc xác định và kiểm soát các thủ tục tích hợp của nhận dạng thời gian thực - hiệu chỉnh phản hồi thời gian thực. 4.3 Tích hợp mô hình thời gian thực và điều khiển phản hồi Cụ thể, khuôn khổ tích hợp mô hình hóa và điều khiển phản hồi của chúng tôi như sau: (1) Theo dữ liệu quan sát và mô hình tổng quát y (k) -y (k-1) = φ (k-1) [u (k-1) -u (k-2)] Sử dụng phương pháp ước lượng thích hợp, ước lượng của φ (k-1) φ (k-1) sẽ thu được. (2) Để tìm giá trị dự đoán φ * (k) của φ (k-1) tiến một bước, một phương pháp đơn giản là lấy φ * (k) = φ * (k-1) Khi tìm kiếm luật điều khiển, chúng ta đặt φ * (k) vẫn được ghi là φ (k). (3) Áp dụng luật điều khiển cho hệ thống S, và nhận được đầu ra mới y (k+1). Do đó thu được tập dữ liệu mới {y (k+1), u (k)}. Việc lặp lại (1), (2) và (3) trên cơ sở tập dữ liệu mới này có thể nhận được dữ liệu mới {y (k+2), u (k+1)}, v.v. Miễn là hệ thống S thỏa mãn các điều kiện nhất định, dưới tác động của thủ tục này, đầu ra y (k) của hệ thống s sẽ tiến dần đến y [sub] 0 [/ sub]. 4.4 Thiết kế chương trình điều khiển. Hầu hết các bộ điều khiển hiện được sử dụng trong điều khiển quá trình sản xuất công nghiệp là bộ điều chỉnh PID cổ điển và các biến thể của chúng. Đối với các hệ thống không được ghép nối chặt chẽ, hiệu quả điều khiển của bộ điều chỉnh PID vẫn có thể đạt yêu cầu. Nhưng đối với các hệ thống có khớp nối nghiêm trọng, bộ điều chỉnh PID dường như bất lực. Phần sau sử dụng bộ điều chỉnh PID làm điểm chuẩn để so sánh bộ điều khiển không có mô hình với bộ điều chỉnh PID để cho thấy rằng bộ điều khiển không có mô hình có khả năng tách và kháng tốt hơn. Khả năng giao thoa. Biểu đồ luồng điều khiển không có mô hình [align = center] Hình 3 Biểu đồ luồng điều khiển không có mô hình [/ align] 5. Kết quả thử nghiệm Đây là so sánh mô phỏng khả năng tách của bộ điều khiển không có mô hình và bộ điều chỉnh PID. Để so sánh công bằng, Các thông số của bộ điều khiển không có model và bộ điều chỉnh PID được điều chỉnh đến trạng thái tốt hơn, và các hệ thống sau [1] (4-5) được điều khiển: Kết quả điều khiển được thể hiện trong Hình 4 và Hình 5 [align = center] u (t) Y (t) Hình 4 Kết quả mô phỏng tình huống điều khiển PID u (t) y (t) Hình 5 Sơ đồ mô phỏng điều khiển không có mô hình [/ align] Từ kết quả mô phỏng, có thể thấy rõ rằng bộ điều khiển không có mô hình và bộ điều chỉnh PID đối lập nhau. Việc điều khiển hệ thống tuyến tính đã nhận được kết quả tốt, nhưng khả năng điều khiển của phương pháp điều khiển không mô hình đối với tình huống ghép nối phi tuyến mạnh hơn nhiều so với bộ điều chỉnh PID. 6. Kết luận Điều khiển không mô hình phù hợp với điều khiển phi tuyến, và các quy tắc điều khiển của nó không cần xác định mô hình của một đối tượng cụ thể. Nó có độ ổn định và khả năng chống nhiễu khá tốt cho việc điều khiển các đối tượng phi tuyến như chuyển mạch nguồn điện. Sự ra đời của các chiến lược điều khiển không có mô hình đã tạo ra một không gian rộng rãi cho sự phát triển của các nguồn cung cấp năng lượng chuyển mạch.