一种基于单神经元PID的移相全桥电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及提高全桥电路在负载突变时的抗干扰性以及提高变换器工作时的电能转换效率，特别涉及一种单神经元PID的移相全桥电路及其控制方法。

背景技术

移相全桥电路，作为一种成熟的软开关电路，具有开通损耗低，转换效率高的特点。但传统的移相全桥电路由于电路自身的缺陷，电路副边整流侧输出会产生较大的电压尖峰，极大的限制了该电路的应用。传统的控制方法在负载产生扰动时不能够较好的稳定输出电压，从而产生较大的输出电压纹波。本发明通过改进电路拓扑，有效的抑制了整流侧输出电压尖峰。基于单神经元PID的移相全桥电路控制方法，在实现零电压开通的基础上提高了系统的抗干扰性，减小了输出电压纹波。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了抑制整流侧输出电压尖峰，在主电路拓扑副边整流侧引入开关管与电容组合构成的有源钳位电路，通过合理选取电容，控制开关管的通断，抑制输出电压尖峰。为了解决传统移相全桥电路鲁棒性差的问题，将单神经元PID控制技术与传统PID控制技术相结合。基于单神经元PID控制实现输出电压的稳定，电流内环使用传统PID控制，利用双闭环策略提高系统的整体响应速度，提高全桥电路的电能转换效率，稳定输出电压，提高抗干扰能力。

本发明的技术方案是：一种基于单神经元PID的移相全桥电路及其控制方法；包括由逆变单元(1)、谐振单元(2)、高频变压器(3)、整流单元(4)、滤波单元(5)构成的移相全桥电路；由神经元控制器(6)、PID控制器(7)、移相发生电路(8)构成的单神经元PID移相全桥电路的控制部分。

更进一部地，一种基于单神经元PID的移相全桥电路及其控制方法；包括由逆变单元(1)、谐振单元(2)、高频变压器(3)、整流单元(4)、滤波单元(5)构成的移相全桥电路。所述逆变单元(1)、谐振单元(2)构成单神经元PID移相全桥电路的原边侧。所述整流单元(4)、滤波单元(5)构成单神经元PID移相全桥电路的副边侧。其中由电容C

更近一步地，一种基于单神经元PID的移相全桥电路及其控制方法；移相全桥零电压开关电路向负载提供能量，并实时将电路输出电压值与初始设定理想电压值进行比较产生偏差值E

本发明的更进一步技术方案是：一种基于单神经元PID的移相全桥电路及其控制方法，包括以下步骤：

步骤一：设计神经元控制器，包括以下步骤：

子步骤一：定义神经元控制器的输入变量：将控制器的当前拍输出u(k)，前一拍输出u(k-1)，当前电路实际输出电压与理想电压间的偏差e(k)，与前一拍的偏差e(k-1)，与前两拍的偏差e(k-2)，作为神经元控制器的输入变量。

子步骤二：确定神经元控制器连接权值的迭代算法：初始化设定控制器的比例学习速率η

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子步骤三：确定神经元控制器输出变量的迭代算法：依据理论公式确定控制器的输出控制量u(k)。所述公式如下：

步骤二：设计PID控制器，包括以下步骤：

子步骤一：建立全桥零电压开关变换器小信号模型：基于Buck电路小信号模型，结合全桥电路特点，考虑占空比扰动D、输入电压扰动V

子步骤二：根据建立的全桥电路小信号模型，绘制输出电压U

子步骤三：将神经元控制器的输出作为PID控制器的输入，基于神经元控制器强鲁棒性的特点，依据负载情况实时调整控制器的输出，由PID控制器输出基于移相发生电路控制移相全桥零电压开关电路中MOSFET的驱动PWM波，从而控制电路的输出电压。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明在移相全桥电路副边引入了有源钳位电路，有效抑制了整流侧输出的电压尖峰。同时本发明采用移相全桥零电压开关变换技术与单神经元PID控制相结合，以提高系统整体的抗干扰性。与传统全桥DC-DC变换器相比，移相全桥零电压开关变换器在电路中加入了谐振电感和谐振电容，利用谐振电感的谐振作用，使主电路功率开关管处于软开关状态，从而降低开关损耗，提高电能的转换效率。神经元PID控制策略，针对电路参数的波动有较好的鲁棒性，同时能适应对象时变非线性的特点。可以减小电路输出电压的超调量与波动性，加快电路响应速度，提高电路的稳定性。

参见说明书附图3未加入钳位电路的移相全桥电路整流输出电压波形，说明书附图4加入钳位电路后的移相全桥电路整流侧输出电压波形，可以明显看出，通过加入有源钳位电路，有效的抑制了整流侧输出电压尖峰。参见说明书附图5移相全桥零电压开关电路模型处于开环与闭环状态时的仿真结果对比图，可以看出，相比于开环模型，采用了单神经元PID的闭环仿真模型在输出电压的超调量，稳定性方面明显优于开环仿真模型的结果。

附图说明

图1移相全桥电路的控制框图

图2单神经元PID基本闭环框图

图3未加入钳位电路的移相全桥电路整流输出电压波形

图4加入钳位电路后的移相全桥电路整流侧输出电压波形

图5移相全桥零电压开关电路模型处于开环与闭环状态时的仿真结果对比图

具体实施方式

参见说明书附图中图1-图5，一种基于单神经元PID的移相全桥电路及其控制方法，其特点是将移相全桥技术和单神经元PID控制相结合，继而提高变换器的电能转换效率，稳定输出电压。具体的实施步骤为：

步骤1，设计移相全桥电路的控制框图，参见说明书附图1所示，具体实施方案由步骤2和步骤3完成。

步骤2，设计基于移相全桥电路的单神经元PID控制器。单神经元PID基本闭环框图参见说明书附图2所示。

神经元控制器实时采集电路的输出电压与理想输出电压比较，产生偏差信号E

(1)定义神经元控制器的输入变量

将控制器的当前拍输出u(k),前一拍输出u(k-1)，当前电路实际输出电压与理想电压间的偏差e(k)，与前一拍的偏差e(k-1)，与前两拍的偏差e(k-2)，作为神经元控制器的输入变量。

(2)确定神经元控制器连接权值的迭代算法

确定神经元控制器连接权值的迭代算法：初始化设定控制器的比例学习速率η

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(3)确定神经元控制器输出变量的迭代算法

依据理论公式确定控制器的输出控制量u(k)。所述公式如下：

步骤3，设计PID控制器，建立全桥零电压开关变换器小信号模型：基于Buck电路小信号模型，结合全桥电路特点，考虑占空比扰动D、输入电压扰动V

步骤4，将移相全桥零电压开关电路开环电路仿真结果和引入单神经元PID控制后形成的闭环系统仿真结果进行对比。

本实施案例中，输入电压为400VDC，输出电压为24VDC。移相全桥电路中各器件参数如表1所示。

表1移相全桥电路中各器件参数

对电路进行开环与闭环仿真，结果参见说明书附图5所示。移相全桥电路在开环仿真时，输出电压峰值为25.41V，超调量为3.17％，达到稳定时输出电压纹波较大，引入神经元PID控制后，移相全桥零电压开关电路输出电压调节时间较短，无超调量，在经过0.312ms后，输出电压基本稳定于24V。

通过对比可以看出，引入神经元PID控制后，减小了系统超调量，调高了系统的动态性能，同时减少了输出电压纹波，增强了系统的稳定性。