單神經(jīng)元電流控制器在整流器中的仿真研究

侯春

摘要：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不依賴(lài)于控制對(duì)象的模型，通過(guò)學(xué)習(xí)可逼近未知非線(xiàn)性對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為，因此可用于三電平整流器的控制，但由于三電平PWM整流器對(duì)快速性及實(shí)時(shí)性的要求，目前的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在此領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用仍受到很大限制。本文研究了基于單神經(jīng)元的電流控制方法，給出了基于單神經(jīng)元的電流控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了單神經(jīng)元電流控制器，最后進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，采用單神經(jīng)元電流控制器的三電平整流器，響應(yīng)速度快，幾乎無(wú)超調(diào)，并且在負(fù)載突變的情況下，可以較快的恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)紊窠?jīng)元 三電平整流器 電流控制器

中圖分類(lèi)號(hào)：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）11-0009-02

1 引言

單神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算量小等特點(diǎn)，作為控制器時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能只依賴(lài)于誤差信號(hào)，不受或少受對(duì)象模型參數(shù)的影響，從而可以提高系統(tǒng)的性能和魯棒性。單神經(jīng)元控制器結(jié)合了PID控制的優(yōu)點(diǎn)，可以在線(xiàn)調(diào)整PID參數(shù)，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)能力，并且能滿(mǎn)足對(duì)快速性及實(shí)時(shí)性的要求，因而在各種控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 基于單神經(jīng)元電流控制器的三電平整流器

2.1 基于單神經(jīng)元的電流控制結(jié)構(gòu)

用單神經(jīng)元構(gòu)成的單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器用于三電平整流器的電流控制，系統(tǒng)的電流控制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 電流控制器

在三電平整流器控制系統(tǒng)中，電流、的控制采用單神經(jīng)元電流控制器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。電流控制主要由三部分構(gòu)成：?jiǎn)紊窠?jīng)元控制器、電流檢測(cè)、坐標(biāo)變換。圖2中為軸電流的單神經(jīng)元電流控制器結(jié)構(gòu)，控制器輸入為軸電流給定值與實(shí)際反饋之差，輸出為軸控制電壓分量。

2.3 基于二次型性能指標(biāo)的學(xué)習(xí)算法

在最優(yōu)控制理論中，采用二次型性能指標(biāo)來(lái)計(jì)算控制律可以得到所期望的優(yōu)化效果。在神經(jīng)元的學(xué)習(xí)算法中，同樣可借用最優(yōu)控制中，二次型性能指標(biāo)的思想，在加權(quán)系數(shù)的調(diào)整中引入二次型性能指標(biāo)，通過(guò)使輸出誤差和控制增量加權(quán)平方和為最小來(lái)調(diào)整加權(quán)系數(shù)，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出誤差和控制增量加權(quán)的約束控制。

根據(jù)單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器的狀態(tài)變換將系統(tǒng)誤差分解為三個(gè)狀態(tài)變量，即控制器的三個(gè)輸入：

（1）

控制器輸出為：

（2）

其中。是權(quán)值向量的歐幾里德范數(shù)，除以范數(shù)即是在權(quán)值向量空間中，將權(quán)值向量進(jìn)行單位化處理，以保證控制策略的收斂性。

定義性能指標(biāo)為：

（3）

上式中，P、Q分別為輸出誤差和控制增量的加權(quán)系數(shù)，和為k時(shí)刻的參考輸入和輸出。

權(quán)系數(shù)按下式調(diào)整

（4）

上式中，，，，分別為對(duì)應(yīng)權(quán)值的學(xué)習(xí)率，K為總學(xué)習(xí)率。

2.4 仿真實(shí)驗(yàn)

基于SIMULINK建立的單神經(jīng)元控制器的仿真模型，結(jié)合所建立的PWM仿真模型和整流器仿真模型進(jìn)行仿真研究，單神經(jīng)元控制器的仿真模型圖3所示。

電網(wǎng)參數(shù)：Em=311V，f=50Hz；交流側(cè)參數(shù)：Ls=6mH，Rs=0.5Ω；直流側(cè)參數(shù)：Cd=2200μF，L0=3mH；直流側(cè)給定電壓Vdcg=600V；開(kāi)關(guān)頻率fs=2KHz。整流器啟動(dòng)時(shí)為等效負(fù)載，輸出功率為18KW，無(wú)功電流，整流器工作在單位功率因數(shù)情況下。0.3秒系統(tǒng)穩(wěn)定后，直流側(cè)并聯(lián)18KW等效負(fù)載。直流側(cè)電壓及交流側(cè)電流、電壓波形圖4所示。

由仿真結(jié)果可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，采用單神經(jīng)元電流控制器的三電平整流器直流側(cè)電壓在0.13秒后恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值，電壓值恢復(fù)比較迅速。電網(wǎng)電流波形為正弦，并且保持與電源電壓的同相位，整流器依然工作在單位功率因數(shù)情況下。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，研究了負(fù)載突變情況下整流器的性能。采用單神經(jīng)元電流控制器的三電平整流器，響應(yīng)速度快，幾乎無(wú)超調(diào)，并且在負(fù)載突變的情況下，可以較快的恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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