基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统及方法，该系统包括：带补偿因子的虚拟无模型控制器、性能判定模块和性能优化模块；带补偿因子的虚拟无模型控制器，用于建立带有输出补偿因子的控制率输出模型；所述性能判定模块，用于根据变压电路需要实现的输出电压确定目标函数，并设定性能寻优次数上限，根据判断当前时刻变压电路是否达到性能最优实现对性能优化模块的优化次数的控制；所述性能优化模块，用于采用优化算法对控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数进行优化，得到优化后的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数。

【技术实现步骤摘要】
基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统及方法
本专利技术属于控制器设计领域，具体涉及基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统及方法。
技术介绍
目前控制器已被广泛应用于各行各业的设备当中，比如电网的储能系统、逆变器、变换器、变压电路、电机、分布式等控制。各种小型电子设备、各种智能家居、工业大型设备、航天电子器件等等。对于现今社会，控制器的是各行各业不能缺少的重要器件，具有非常重要不可替代的意义。经典控制器的设计一般包括被控系统的建模、相关算法的设计、硬件电路的设计、驱动的程序的编写、性能测试以及经验试的参数改进等步骤，涉及到计算机技术、控制理论、电力电子技术、软件开发、电路设计等多个领域的交叉知识，非常复杂。想要做到相对完善、简单的设计难度非常高。需要高的专业知识和非常广的相关技术能力才能实现，而且虽然各种设备的复杂化、变化的随机性，系统或控制器的建模越来越难，以基本很难有较好的效果，并且很多按照数学模型设计的控制器，应用于实际电路中，控制效果非常不如人意，也就建模精度的问题，再者，一些器件时间长了或受外界干扰，性能会产生一定变化，则根据原本模型设计的控制器性能也会降低，这些也是传统经典方法没法解决的困难。经典控制的整个流程往往需要对被控对象进行数学建模、对经典各种控制方法进行学习研究应用、对软件进行编程和查错、对应的硬件电路进行设计以及实验等。过程复杂而容易出错。对于很多进行初步实验测试与研究的过程，人们提出了些简单的方法，应用可编程的小系统进行控制器的初步设计，省去了反复的硬件电路设计步骤。比如各种类型的单片机、DSP、FPGA等等。他们广泛应用于各大高校的研究工作，以及小型设备的应用研发，应该范围非常广泛。它的优点是相对简单，易于实现，成本低等。但是也存在着非常多问题。以单片机、DSP、FPGA等器作为电力电子器件的控制器进行控制，不能实现对系统控制器控制方法的设计、控制器参数的在线寻优、实时的参数修改测试、以及多种控制策略的性能比较等。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统及方法。基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统，包括：带补偿因子的虚拟无模型控制器、性能判定模块和性能优化模块；所述带补偿因子的虚拟无模型控制器，用于建立带有输出补偿因子的控制率输出模型，该模型的输入为采集的变压电路的输出电压和带有输出补偿因子的控制率输出模型的性能参数，该模型的输出为变压电路的控制信号；所述带有输出补偿因子的控制率输出模型的性能参数包括：控制率的步长序列、控制率的权重参数、输出率补偿因子系数、伪偏导数的步长序列、控制率补偿因子系数和伪偏导数的权重参数，其中，控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数通过性能优化模块进行更新；所述性能判定模块，用于根据变压电路需要实现的输出电压确定目标函数，并设定性能寻优次数上限，根据判断当前时刻变压电路是否达到性能最优实现对性能优化模块的优化次数的控制；所述性能优化模块，用于将所述带有输出补偿因子的控制率输出模型中的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数作为优化算法的变量，采用优化算法对控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数进行优化，得到优化后的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数；所述带补偿因子的虚拟无模型控制器、性能判定模块和性能优化模块搭建于PC机中。还包括外围电路，所述外围电路包括数据转换单元、预处理单元、传感器单元和驱动单元；所述数据转换单元，用于对变压电路的控制信号和采集的变压电路的输出电压进行模数转换；所述预处理单元，用于对采集的变压电路的输出电压进行滤波和放大后传输至数据转换单元；所述传感器单元，用于采集变压电路的输出电压，并传输至预处理单元；所述驱动单元，用于根据所述带补偿因子的虚拟无模型控制器的输出控制信号驱动变压电路；所述传感器单元的输入端连接所述变压电路的输出端，所述传感器单元的输出端连接所述预处理单元的输入端，所述预处理单元的输出端连接所述数据转换单元的输入端，所述数据转换单元的输出端连接所述驱动单元的输入端，所述数据转换单元还通过数据传输线连接PC机，所述驱动单元的输出端连接变压电路的输入端。所述的带有输出补偿因子的控制率输出模型如下：其中，u(k)为k时刻输出的控制信号，u(k-1)为k-1时刻输出的控制信号，ρ为控制率的步长序列，λ为控制率的权重参数，为k时刻带有控制率补偿因子的伪偏导数，y*(k+1)为k+1时刻变压电路预输出电压值，y(k)为采集的变压电路k时刻输出电压值，β为输出率补偿因子系数，Δy(k)＝y(k)-y(k-1)，T为采样时间；其中，所述带有控制率补偿因子的伪偏导数计算公式如下：其中，若则ε为无模型控制器的目标阈值，为k-1时刻带有控制率补偿因子的伪偏导数，η为伪偏导数的步长序列，μ为伪偏导数的权重参数，α为控制率补偿因子系数，Δu(k-1)＝u(k-1)-u(k-2)。所述根据变压电路需要实现的输出电压确定目标函数JITAE如下所示：其中，k为当前时刻，e(k)＝y*(k+1)-y(k)为系统误差绝对值，y*(k+1)为k+1时刻变压电路预输出电压值，y(k)为采集的变压电路k时刻输出电压值。采用基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1：根据变压电路需要实现的输出电压确定目标函数，并设定性能寻优次数上限；步骤2：建立带有输出补偿因子的控制率输出模型，该模型的输入为采集的变压电路的输出电压值和带有输出补偿因子的控制率输出模型的性能参数，该模型的输出为变压电路的控制信号；步骤3：初始化带有输出补偿因子的控制率输出模型中的性能参数：控制率的步长序列、控制率的权重参数、输出率补偿因子系数、伪偏导数的步长序列、控制率补偿因子系数和伪偏导数的权重参数，设定采样周期、输出的控制信号初始值和带有控制率补偿因子的伪偏导数的初始值；步骤4：数据转换单元将输出的控制信号转换为输出模拟控制信号，通过驱动单元驱动变压电路工作；步骤5：传感器单元采集变压电路的输出电压，预处理单元对采集的变压电路的输出电压进行滤波和放大，通过数据转换单元转换为变压电路输出电压值；步骤6：根据目标函数判断当前时刻变压电路是否达到性能最优，即判断目标函数是否达到无模型控制器的目标阈值，若是，则执行步骤9，否则执行步骤7；步骤7：将所述带有输出补偿因子的控制率输出模型中的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数作为优化算法的变量，采用优化算法对控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数进行优化，得到优化后的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数；步骤8：将优化后的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数输入带有输出补偿因子的控制率输出模型，将采集的变压电路输出电压值输入带有输出补偿因子的控制率输出模型，得到下一时刻的输出的控制信号，返回步骤4；步骤9：将当前优化后的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数作为当前最优性能参数，得到当前最优的带有输出补偿因子的控制率输出模型；步骤10：变压电路工作的过程中，采用当前最优的带有输出补偿因子的控制率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统，其特征在于，包括：带补偿因子的虚拟无模型控制器、性能判定模块和性能优化模块；所述带补偿因子的虚拟无模型控制器，用于建立带有输出补偿因子的控制率输出模型，该模型的输入为采集的变压电路的输出电压和带有输出补偿因子的控制率输出模型的性能参数，该模型的输出为变压电路的控制信号；所述带有输出补偿因子的控制率输出模型的性能参数包括：控制率的步长序列、控制率的权重参数、输出率补偿因子系数、伪偏导数的步长序列、控制率补偿因子系数和伪偏导数的权重参数，其中，控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数通过性能优化模块进行更新；所述性能判定模块，用于根据变压电路需要实现的输出电压确定目标函数，并设定性能寻优次数上限，根据判断当前时刻变压电路是否达到性能最优实现对性能优化模块的优化次数的控制；所述性能优化模块，用于将所述带有输出补偿因子的控制率输出模型中的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数作为优化算法的变量，采用优化算法对控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数进行优化，得到优化后的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数；所述带补偿因子的虚拟无模型控制器、性能判定模块和性能优化模块搭建于PC机中。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统，其特征在于，包括：带补偿因子的虚拟无模型控制器、性能判定模块和性能优化模块；所述带补偿因子的虚拟无模型控制器，用于建立带有输出补偿因子的控制率输出模型，该模型的输入为采集的变压电路的输出电压和带有输出补偿因子的控制率输出模型的性能参数，该模型的输出为变压电路的控制信号；所述带有输出补偿因子的控制率输出模型的性能参数包括：控制率的步长序列、控制率的权重参数、输出率补偿因子系数、伪偏导数的步长序列、控制率补偿因子系数和伪偏导数的权重参数，其中，控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数通过性能优化模块进行更新；所述性能判定模块，用于根据变压电路需要实现的输出电压确定目标函数，并设定性能寻优次数上限，根据判断当前时刻变压电路是否达到性能最优实现对性能优化模块的优化次数的控制；所述性能优化模块，用于将所述带有输出补偿因子的控制率输出模型中的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数作为优化算法的变量，采用优化算法对控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数进行优化，得到优化后的控制率的步长序列、控制率的权重参数和输出率补偿因子系数；所述带补偿因子的虚拟无模型控制器、性能判定模块和性能优化模块搭建于PC机中；还包括外围电路，所述外围电路包括数据转换单元、预处理单元、传感器单元和驱动单元；所述数据转换单元，用于对变压电路的控制信号和采集的变压电路的输出电压进行模数转换；所述预处理单元，用于对采集的变压电路的输出电压进行滤波和放大后传输至数据转换单元；所述传感器单元，用于采集变压电路的输出电压，并传输至预处理单元；所述驱动单元，用于根据所述带补偿因子的虚拟无模型控制器的输出控制信号驱动变压电路；所述传感器单元的输入端连接所述变压电路的输出端，所述传感器单元的输出端连接所述预处理单元的输入端，所述预处理单元的输出端连接所述数据转换单元的输入端，所述数据转换单元的输出端连接所述驱动单元的输入端，所述数据转换单元还通过数据传输线连接PC机，所述驱动单元的输出端连接变压电路的输入端。2.根据权利要求1所述的基于自动寻优无模型控制器的变压电路控制系统，其特征在于，所述的带有输出补偿因子的控制率输出模型如下：其中，u(k)为k时刻输出的控制信号，u(k-1)为k-1时刻输出的控制信号，ρ为控制率的步长序列，λ为控制率的权重参数，为k时刻带有控制率补偿因子的伪偏导数，y*(k+1)为k+1时刻变压电路预输出电压值，y(k)为采集的变压电路k时刻输出电压值，β为输出率补偿因子系数，Δy(k)＝y(k)-y(k-1)，T为采样时间；其中，所述带有控制率补偿因子的伪偏导数计算公式如下：其中，若则ε为无模型控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王占山，黄湛钧，刘磊，牛海莎，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21