[發明專利]一種基于單神經元PID的移相全橋電路及其控制方法

在審

• 申請號: 202110258954.2
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113014106A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 袁呈祥;周凱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M3/24;H02M1/32;H02M1/08;H02M1/088
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于單神經元PID的移相全橋電路及其控制方法，其特征在于：包括由逆變單元(1)、諧振單元(2)、高頻變壓器(3)、整流單元(4)、濾波單元(5)構成的移相全橋電路；由神經元控制器(6)、PID控制器(7)、移相發生電路(8)構成的單神經元PID移相全橋電路控制部分。

2.基于權利要求1所述一種基于單神經元PID的移相全橋電路及其控制方法，其特征在于：包括由逆變單元(1)、諧振單元(2)、高頻變壓器(3)、整流單元(4)、濾波單元(5)構成的移相全橋電路；所述逆變單元(1)、諧振單元(2)構成單神經元PID移相全橋電路的原邊側；所述整流單元(4)、濾波單元(5)構成單神經元PID移相全橋電路的副邊側；其中由電容C_o、開關管Q₅、開關管Q₆構成副邊側的有源鉗位電路，所述開關管Q₅、開關管Q₆均為180度單向導通。

3.基于權利要求1所述一種基于單神經元PID的移相全橋電路及其控制方法，其特征在于：移相全橋零電壓開關電路向負載提供能量，并實時將電路輸出電壓值與初始設定理想電壓值進行比較產生偏差值E₁，偏差值E₁被作為輸入信號送至神經元控制器(6)；利用有監督型Hebb學習規則，不斷進行迭代運算，根據神經元輸入信號x₁(k)、x₂(k)、x₃(k)，調整神經元的連接權值w₁(k)、w₂(k)、w₃(k)，產生控制量U₁；控制量U₁再與采集到的實時電流值做差產生偏差值E₂，偏差值E₂經過PID控制器(7)作用于移相發生電路(8)，產生控制Q₁、Q₂、Q₃、Q₄通斷的PWM信號；通過開關管的通斷控制移相全橋零電壓開關電路的輸出電壓，使得移相全橋零電壓開關電路的輸出電壓與理想輸出電壓值的偏差達到最小。

4.基于權利要求1所述一種基于單神經元PID的移相全橋電路及其控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：設計神經元控制器，包括以下步驟：

子步驟一：定義神經元控制器的輸入變量：將控制器的當前拍輸出u(k),前一拍輸出u(k-1)，當前電路實際輸出與理想電壓間的偏差e(k)，與前一拍的偏差e(k-1)，與前兩拍的偏差e(k-2)，作為神經元控制器的輸入變量。

子步驟二：確定神經元控制器連接權值的迭代算法：初始化設定控制器的比例學習速率η_p、積分學習速率η_I、微分學習速率η_D，基于理論公式確定當前拍的神經元連接權值w_i(k)，i＝1、2、3，所述理論公式如下：

w₁(k)＝w₁(k-1)+η_Iz(k)u(k)x₁(k)

w₂(k)＝w₂(k-1)+η_Pz(k)u(k)x₂(k)

w₃(k)＝w₃(k-1)+η_Dz(k)u(k)x₃(k)

x₁(k)＝e(k)，x₂(k)＝e(k)-e(k-1)，x₃(k)＝e(k)-2e(k-1)+e(k-2)，z(k)＝e(k)

子步驟三：確定神經元控制器輸出變量的迭代算法：依據理論公式確定控制器的輸出控制量u(k)；所述公式如下：

步驟二：設計PID控制器，包括以下步驟：

子步驟一：建立全橋零電壓開關變換器小信號模型：基于Buck電路小信號模型，結合全橋電路特點，考慮占空比擾動D、輸入電壓擾動V_in、濾波電感電流擾動I_1f對于電路模型的影響，建立全橋電路小信號模型。

子步驟二：根據建立的全橋電路小信號模型，繪制輸出電壓U_o與占空比D之間的開環Bode圖，根據Bode圖特性，設計PID控制器傳函。

子步驟三：將神經元控制器的輸出作為PID控制器的輸入，基于神經元控制器強魯棒性的特點，依據負載情況實時調整控制器的輸出，由PID控制器輸出基于移相發生電路控制移相全橋零電壓開關電路中MOSFET驅動的PWM波，從而控制電路的輸出電壓。