電力電子中智能控制理論的應(yīng)用分析

王佳煒

摘 要：在現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，電力電子技術(shù)已逐步進(jìn)入自適應(yīng)控制階段，其不僅具有模糊控制的優(yōu)良特點，而且可以實現(xiàn)在線調(diào)整運(yùn)行規(guī)則，保證不同運(yùn)行狀態(tài)下電力設(shè)備運(yùn)行需求的充分滿足。因此，該文以智能控制理論為切入點，對智能控制理論在電力電子中的運(yùn)用流程及具體運(yùn)用進(jìn)行了簡單的分析，以期為電力電子控制精確度的提升提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力電子 智能控制理論 自適應(yīng)預(yù)測理論

中圖分類號：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（b）-00-02

1 電力電子中智能控制理論概述

電力電子中智能控制理論主要指在無人干預(yù)的情況下，可以自主驅(qū)動智能機(jī)器，達(dá)到控制目標(biāo)的自動控制技術(shù)[1]。在電力電子領(lǐng)域，智能控制理論強(qiáng)調(diào)以類似于人的經(jīng)驗和智慧，對任務(wù)及形式模型、環(huán)境、符號進(jìn)行描述，開發(fā)知識庫或推理機(jī)，研制智能機(jī)器模型。

2 電力電子中智能控制理論的應(yīng)用流程

2.1 模糊邏輯表達(dá)

在模糊邏輯表達(dá)模塊，相關(guān)人員需要針對每一輸入、輸出變量，依據(jù)控制力度要求，進(jìn)行模糊集合構(gòu)建，并對模糊子集進(jìn)行合理劃分。

2.2 模糊控制規(guī)則表達(dá)

表格是模糊控制規(guī)則表達(dá)的主要渠道。在模糊控制時，相關(guān)人員可通過查表。結(jié)合簡單運(yùn)算，表示控制過程。

2.3 模糊邏輯與控制器結(jié)合

通過將模糊邏輯與控制器結(jié)合，可形成模糊控制器。其主要利用PID（比例積分微分）控制的方式，形成具有一定辨識度的模型。隨后在神經(jīng)模型中，將輸入、輸出變量作為神經(jīng)訓(xùn)練樣本。最后利用神經(jīng)訓(xùn)練算法，促使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備系統(tǒng)非線性特征，達(dá)到變換器控制的目的。

3 電力電子中智能控制理論的具體應(yīng)用

3.1 自適應(yīng)預(yù)測理論在電力電子中的應(yīng)用

自適應(yīng)預(yù)測理論主要利用已知信息，對當(dāng)前或未來電力電子設(shè)備信息進(jìn)行預(yù)測。在人類社會發(fā)展進(jìn)程中，自適應(yīng)預(yù)測理論體系不斷完善，在時間序列分析、統(tǒng)計學(xué)的基礎(chǔ)上，形成了智能化程度較高的預(yù)測系統(tǒng)[2]。

自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)主要是在電力負(fù)荷預(yù)測領(lǐng)域，采用在線自適應(yīng)優(yōu)化模糊預(yù)測的方式，對短期電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)估分析。在自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)實際運(yùn)行過程中，主要包括一次性預(yù)測未來24h/48h整點負(fù)荷、每次預(yù)測下一時刻負(fù)荷兩個模塊。其中一次性預(yù)測未來24h/48h整點負(fù)荷要求在系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)信息輸入量模塊。在具體設(shè)計過程中，可采用時間窗口移動技術(shù)，在獲得下一時刻預(yù)測數(shù)據(jù)后，作為當(dāng)期數(shù)據(jù)，進(jìn)行繼續(xù)預(yù)測。在選定輸入預(yù)測變量后，可獲得某一時間段電力負(fù)荷變化，為模糊自適應(yīng)訓(xùn)練提供依據(jù)。同時利用自適應(yīng)模糊預(yù)測，可采用模糊推理的方式，逐步逼近實際負(fù)荷動態(tài)變化數(shù)據(jù)，對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗分析，以獲得模糊預(yù)測系統(tǒng)性能參數(shù)；在每次預(yù)測下一時刻負(fù)荷模塊，相關(guān)人員可利用實驗測試的方式，針對每一時刻負(fù)荷變化規(guī)律與季節(jié)轉(zhuǎn)換間聯(lián)系，總結(jié)專家經(jīng)驗，形成模糊預(yù)測規(guī)則，或者從數(shù)據(jù)信息庫中抽取模糊規(guī)則，從而實現(xiàn)每次預(yù)測下一時刻負(fù)荷要求，保證電力電子智能預(yù)測經(jīng)濟(jì)效益。

以晶閘管變流系統(tǒng)自適應(yīng)PID（比例積分微分）控制為例，相關(guān)人員可以DSP（數(shù)字信號處理）、CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）為核心，配合外圍同步信號采集及隔離驅(qū)動電路，實現(xiàn)直流電力電子變流設(shè)備智能控制。即將整體晶閘管變流系統(tǒng)智能控制模塊劃分為DSP（數(shù)字信號處理）外圍電路、信號檢測調(diào)理電路、CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）外圍電路、同步信號采集電路、隔離驅(qū)動電路、通信電路幾個模塊。隨后采用TMS321F2814芯片作為控制模塊計算單元。同時將變流系統(tǒng)直流輸出負(fù)載端輸出電壓、電流轉(zhuǎn)換為低電壓信號。并經(jīng)信號調(diào)理電路，將其轉(zhuǎn)換為0～3.3V安全信號。最后輸出DSP（數(shù)字信號處理）芯片，獲得具有觸發(fā)延時功能的數(shù)字量。在獲得數(shù)字量后，可采用脈沖隔離電路，經(jīng)SCI（串行通信協(xié)議）將采集實時信息顯示在液晶屏幕上。隨后以誤差變化率、實時值與設(shè)定值誤差為基本論域，對變化范圍進(jìn)行均勻定量分析。并將輸入、輸出分割為若干個模糊子集，每一模糊子集均在不同論域，具有不同等級及隸屬度。結(jié)合模糊控制規(guī)則，對每一模糊子集隸屬度進(jìn)行推理，并以最大隸屬度計算方法，將輸出量模糊集合進(jìn)行完整驗算，可得到實際查詢控制量表。

在具體模糊自適應(yīng)程序運(yùn)行過程中，首先需要計算誤差、誤差變化量。并對其進(jìn)行模糊化處理。同時查詢K控制表，獲得自整定比例、微分常數(shù)。在這個基礎(chǔ)上，利用增量型PID（比例積分微分）算法，求解輸出增量。最后將誤差、誤差變化量賦值給中間變量，作為下一階段PID（比例積分微分）預(yù)算起始點。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測理論在電力電子中的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測理論設(shè)計了生物電子計算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理等多個學(xué)科，在電力電子中具有廣闊的應(yīng)用前景。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是利用物理可實現(xiàn)系統(tǒng)，模仿人腦神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中具有大量、簡單的神經(jīng)元，每一神經(jīng)元具有輸入-輸出非線性函數(shù)關(guān)系，通過多個神經(jīng)元連接組合，可促使整體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜非線性特征[3]。

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測理論實際應(yīng)用過程中，基于電力電子系統(tǒng)非線性特，可將大量信息隱藏在連接權(quán)值上。并依據(jù)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)值調(diào)節(jié)。如在PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)應(yīng)用過程中，由于電流控制PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)具有精確度要求高、瞬時響應(yīng)速度快等特點，為保證高要求場合其快速性、瞬時精度負(fù)荷要求，可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改善線性電流控制、滯環(huán)控制性能。一方面，在線性電流控制性能優(yōu)化模塊，相關(guān)人員可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代替新型調(diào)節(jié)器中PI放大器（虛擬信息系統(tǒng)放大器）。并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自調(diào)節(jié)增益特點，彌補(bǔ)各種負(fù)載情況下靜態(tài)誤差，獲得最佳輸出電流。另一方面，在滯環(huán)電流控制模塊，相關(guān)人員可采用離線訓(xùn)練后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從根本上降低極限環(huán)干擾風(fēng)險。

3.3 模糊變結(jié)構(gòu)在電力電子中的應(yīng)用

模糊變結(jié)構(gòu)主要通過開關(guān)控制的方式，改善系統(tǒng)性能指標(biāo)。模糊變結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用過程中可利用模糊數(shù)學(xué)工具，對模糊控制規(guī)則進(jìn)行定量描述，豐富人工控制檢驗。但是在模糊控制結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程中，由于其需要在不同控制邏輯中進(jìn)行來回切換，實際滑動模極易存在慣性，導(dǎo)致實際滑動模無法準(zhǔn)確進(jìn)入切換面，進(jìn)而致使系統(tǒng)發(fā)生劇烈“抖振”情況。針對系統(tǒng)“抖振”問題，現(xiàn)階段主要采用邊界層模糊的方法，將邊界層作為一個具有模糊區(qū)間的開關(guān)曲面，如交流伺服系統(tǒng)速度控制、PWM（脈沖寬度調(diào)制）逆變器及電機(jī)矢量控制等[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，電子電力學(xué)涉及了強(qiáng)電、弱電、控制等多個學(xué)科，隨著新型電力電子元件的不斷出現(xiàn)，對電力電子控制也提出了更高的要求。因此，基于電力電子多變量、強(qiáng)耦合、非線性特點，相關(guān)人員可借鑒智能控制理論，將電子電力系統(tǒng)與自適應(yīng)模糊預(yù)測、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊變結(jié)構(gòu)控制進(jìn)行有機(jī)整合，最大程度地保障電力電子系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王磊.混雜系統(tǒng)控制理論在電力電子學(xué)中的應(yīng)用[J].電子制作，2016（2）：43.

[2] 孔祥順，郝田，馬騰.智能控制及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（7）：133-134.

[3] 高潮.運(yùn)用軟開關(guān)及諧振技術(shù)的電流諧波補(bǔ)償與建模采樣分析研究及發(fā)展[J].深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015（3）：70-74.

[4] 張光明.永磁同步電梯曳引機(jī)的變頻驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計[J].環(huán)球市場，2017（18）：123.