การวิจัยเกี่ยวกับการควบคุมแบบไม่มีโมเดลของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

บทความนี้นำเสนอวิธีการควบคุมแบบไม่มีโมเดลสำหรับการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง Non-modeling adaptive controller หรือที่เรียกว่า model-free controller วิธีนี้ช่วยขจัดข้อจำกัดของการควบคุม PID และชี้ให้เห็นทิศทางการพัฒนาใหม่สำหรับการพัฒนาอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตช์ คำสำคัญ: แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง, การควบคุม PID, การควบคุมแบบไม่มีโมเดล, PWM [b][align=center]การวิจัยแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งโดยอิงจากตัวควบคุมรุ่นฟรี ZHANG ke ,QI Xing-Guang (สถาบันอุตสาหกรรมเบาแห่งซานตง ซานตง จี่หนาน , 250353[/align][/b] บทคัดย่อ: เอกสารนี้นำเสนอวิธีการออกแบบแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ฟรีโมเดล ตัวควบคุมแบบปรับอัตโนมัติรุ่นฟรียังตั้งชื่อตัวควบคุมแบบปรับเปลี่ยนได้แบบ non_modeling วิธีการยกเลิกแนวคิดของ PID ชี้ให้เห็นทิศทางใหม่สำหรับ การพัฒนาสวิตช์ไฟ คำสำคัญ: แหล่งจ่ายไฟสลับ, การควบคุม PID, ตัวควบคุมรุ่นฟรี, PWM 1 บทนำ ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังมีความเกี่ยวข้องกับงานและชีวิตของผู้คนมากขึ้นเรื่อย ๆ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือ แหล่งจ่ายไฟที่เชื่อถือได้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ Switching power supply เป็นแหล่งจ่ายไฟชนิดหนึ่งที่ใช้เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทันสมัยในการควบคุมอัตราส่วนเวลาของการเปิดและปิดทรานซิสเตอร์เพื่อให้มีความเสถียร แรงดันไฟขาออก อุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งโดยทั่วไปจะถูกควบคุมโดยไอซีควบคุมความกว้างพัลส์ (PWM) และ MOSFET องค์ประกอบ ส่วนควบคุมการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบและทำงานตามสัญญาณแอนะล็อก ข้อเสียคือความสามารถในการป้องกันการรบกวนต่ำมาก เนื่องจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการควบคุมคอมพิวเตอร์ การประมวลผลและการควบคุมสัญญาณดิจิตอลได้แสดงให้เห็นข้อดีที่ชัดเจน: สะดวกสำหรับคอมพิวเตอร์ การประมวลผลและการควบคุม ความยืดหยุ่นในการออกแบบได้รับการปรับปรุงอย่างมาก การดีบักซอฟต์แวร์ทำได้สะดวก ฯลฯ และการควบคุม PID ปรากฏขึ้น ทำให้แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งพัฒนาไปในทิศทางของการแปลงเป็นดิจิทัล ความฉลาด และมัลติฟังก์ชั่น สิ่งนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งอย่างไม่ต้องสงสัย แต่เนื่องจากตัวจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งนั้นเป็นวัตถุที่ไม่เป็นเชิงเส้น การสร้างแบบจำลองที่แม่นยำจึงค่อนข้างยาก และมักใช้การประมวลผลโดยประมาณ และระบบจ่ายไฟและการเปลี่ยนแปลงของโหลดไม่แน่นอน ดังนั้นจึงมักใช้ยาก วิธีการควบคุม PID แบบอนาล็อกหรือดิจิตอลที่กล่าวถึงข้างต้น พารามิเตอร์ของตัวควบคุม PID จะเปลี่ยนไปตามนั้น ผลการควบคุมไม่เหมาะ การควบคุมแบบไม่มีโมเดลที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ [1] เป็นวิธีการควบคุมที่มีแนวโน้มดี มันไม่ได้อาศัยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของวัตถุควบคุม และรวมการสร้างแบบจำลองและการควบคุม สำหรับโครงสร้างตัวแปรหรือโครงสร้างที่ไม่แน่นอนบางอย่างที่ซับซ้อนนั้นเหมาะมากสำหรับระบบที่อธิบายได้ยากด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำ ระบบควบคุมของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งได้รับการปรับปรุง ซึ่งไม่เพียงตอบสนองความต้องการของประสิทธิภาพสูงและความน่าเชื่อถือสูงของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเท่านั้น 2. หลักการทำงานของแหล่งจ่ายไฟสลับ บล็อกไดอะแกรมหลักของแหล่งจ่ายไฟสลับแสดงในรูปที่ 1 แรงดันไฟฟ้าของกริดจะถูกแปลงเป็นอินพุตแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงไปยังตัวแปลงความถี่สูงผ่านวงจรเรียงกระแสและตัวกรองในลูปอินพุต และตัวแปลงความถี่สูงจะแปลงแรงดันไฟฟ้า DC อินพุตเป็นแรงดันคลื่นสี่เหลี่ยมพัลส์ความถี่สูง ซึ่งส่งผ่านพัลส์ความถี่สูงในลูปเอาต์พุต วงจรเรียงกระแสและตัวกรองความถี่กลายเป็นแรงดัน DC เพื่อจ่ายโหลด [align=center] รูปที่ 1 หลักการทำงานของสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย[/align] วงจรควบคุมที่มีไมโครคอมพิวเตอร์เป็นแกนหลัก สุ่มตัวอย่างแรงดันไฟขาออกและกระแสไฟของสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลายโดยรองรับซอฟต์แวร์ควบคุม และเปรียบเทียบกับ ข้อมูลที่ได้รับ จากนั้น ในการปรับและควบคุมอินเวอร์เตอร์ ให้เปลี่ยนความถี่การนำหรือเวลาการนำ/ตัดของ MOSFET เพื่อทำให้เอาต์พุตคงที่ และตรวจสอบสถานะการทำงานของแหล่งจ่ายไฟสลับ 3. องค์ประกอบของระบบฮาร์ดแวร์ระบบจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ระบบควบคุมการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสามารถเลือกไมโครโปรเซสเซอร์ที่แตกต่างกันตามสถานการณ์จริงของโครงการ บล็อกไดอะแกรมหลักการจัดองค์ประกอบดังแสดงในรูปที่ 2 วงจรเปิด/รีเซ็ตให้แหล่งจ่ายไฟที่เสถียรและฟังก์ชันรีเซ็ตไปยังไมโครโปรเซสเซอร์ ฟีดแบ็คแรงดันเอาต์พุตใช้เพื่อปรับค่าแรงดันเอาต์พุตและรักษาแรงดันเอาต์พุตให้คงที่ วงจรป้อนกลับปัจจุบันมีฟังก์ชันคล้ายกับแรงดันป้อนกลับ วงจรแสดงหลอดดิจิตอลและวงจรอินพุตของแป้นพิมพ์ตระหนักถึงการทำงานของปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ วงจรขับเอาต์พุต PWM จะส่งสัญญาณพัลส์เพื่อควบคุมการเปิดและปิด เมื่อแรงดันเอาต์พุตสูงกว่าแรงดันที่ต้องการ ความกว้างของพัลส์เอาต์พุตจะลดลง ซึ่งส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตลดลง เมื่อแรงดันเอาต์พุตต่ำกว่าแรงดันที่ต้องการ ความกว้างของพัลส์เอาต์พุตจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะเป็นการเพิ่มแรงดันเอาต์พุต [align=center] รูปที่ 2[/align] 4. หลักการควบคุมแบบไม่มีโมเดล 4.1 ภาพรวมทั่วไปของการควบคุมแบบไม่มีโมเดล ในการออกแบบกฎหมายควบคุม โดยทั่วไปจำเป็นต้องสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบไดนามิก วิธีการแบบคลาสสิกกำหนดให้ต้องสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์นี้ล่วงหน้า อย่างน้อยต้องกำหนดโครงสร้างล่วงหน้า และยิ่งโมเดลแม่นยำมากเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น การออกแบบกฎหมายควบคุมแบบไม่มีแบบจำลองเป็นการฝ่าฝืนข้อจำกัดที่กฎหมายควบคุมกำหนดให้ต้องสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ให้แม่นยำที่สุดล่วงหน้า ขั้นตอนการสร้างแบบจำลองของเราดำเนินการด้วยการควบคุมป้อนกลับ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เริ่มต้นอาจไม่ถูกต้อง แต่ต้องแน่ใจว่ากฎหมายควบคุมที่ออกแบบไว้มีการบรรจบกันในระดับหนึ่ง กฎหมายควบคุมแบบไม่มีโมเดลที่เราออกแบบคือการควบคุมขณะสร้างแบบจำลอง หลังจากได้รับข้อมูลการสังเกตใหม่แล้ว ให้จำลองอีกครั้ง ควบคุม. ทำต่อไปในลักษณะนี้ เพื่อให้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ได้รับในแต่ละครั้งค่อยๆ ถูกต้อง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของกฎหมายควบคุม เราเรียกขั้นตอนนี้ว่าขั้นตอนแบบบูรณาการของการสร้างแบบจำลองตามเวลาจริงและการควบคุมการป้อนกลับ 4.2 แนวทางบูรณาการของการสร้างแบบจำลองและการควบคุมแบบปรับตัว ในข้อมูลอ้างอิง มีการเสนอแบบจำลองทั่วไปต่อไปนี้: y(k)-y(k-1)=φ(k-1)[u(k-1)- u(k- 2)] (4-1) โดยไม่สูญเสียความทั่วไป สันนิษฐานว่าการหน่วงเวลาของระบบไดนามิกควบคุม S คือ 1 y(k) คือเอาต์พุตหนึ่งมิติของระบบ S และ u(k-1) คือพี่เหว่ยแพ้คน φ(k) เป็นพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะ ซึ่งประมาณการออนไลน์โดยใช้อัลกอริธึมการระบุตัวตน และ k คือเวลาที่ไม่ต่อเนื่อง เราจะเห็นว่า φ(k) มีความสำคัญทางคณิตศาสตร์และวิศวกรรมอย่างชัดเจนในขั้นตอนการระบุและรวมการควบคุมของการแก้ไขความคิดเห็นแบบเรียลไทม์แบบเรียลไทม์ 4.3 การบูรณาการของแบบจำลองตามเวลาจริงและการควบคุมผลป้อนกลับ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กรอบของการรวมแบบจำลองและการควบคุมผลสะท้อนกลับของเรามีดังนี้: (1) ตามข้อมูลการสังเกตและแบบจำลองทั่วไป y(k)-y(k-1)= φ( k-1) [u(k-1)-u(k-2)] โดยใช้วิธีการประมาณค่าที่เหมาะสม จะได้ค่าประมาณของ φ(k-1) φ(k-1) (2) ในการหาค่าที่ทำนายไว้ φ*(k) ของ φ(k-1) ไปข้างหน้าหนึ่งขั้น วิธีง่ายๆ คือหา φ*(k) = φ*(k-1) ในการหากฎควบคุม เรา ใส่ φ*(k) ยังคงบันทึกเป็น φ(k) (3) ใช้กฎหมายควบคุมกับระบบ S และรับเอาต์พุตใหม่ y(k+1) ดังนั้นจึงได้ข้อมูลชุดใหม่ {y(k+1),u(k)} การทำซ้ำ (1), (2) และ (3) บนพื้นฐานของชุดข้อมูลใหม่นี้ สามารถรับข้อมูลใหม่ {y(k+2), u(k+1)} และอื่นๆ ตราบใดที่ระบบ S เป็นไปตามเงื่อนไขบางประการ ภายใต้การดำเนินการของโพรซีเดอร์นี้ เอาต์พุต y(k) ของระบบ s จะค่อยๆ เข้าใกล้ y[sub]0[/sub] 4.4 การออกแบบโปรแกรมควบคุม ตัวควบคุมส่วนใหญ่ที่ใช้ในการควบคุมกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมเป็นตัวควบคุม PID แบบคลาสสิกและรุ่นต่างๆ สำหรับระบบที่ไม่ได้เชื่อมต่อกันอย่างรุนแรง ผลการควบคุมของตัวควบคุม PID ยังคงเป็นที่น่าพอใจ แต่สำหรับระบบที่มีการมีเพศสัมพันธ์ที่รุนแรง ตัวควบคุม PID นั้นไม่มีอำนาจ ข้อมูลต่อไปนี้ใช้ตัวควบคุม PID เป็นเกณฑ์เปรียบเทียบเพื่อเปรียบเทียบตัวควบคุมแบบไม่มีรุ่นกับตัวควบคุม PID เพื่อแสดงว่าตัวควบคุมแบบไม่มีรุ่นมีตัวแยกส่วนและความต้านทานที่ดีกว่า ความสามารถในการรบกวน แผนผังลำดับงานควบคุมแบบไม่มีโมเดล [align=center] รูปที่ 3 แผนผังลำดับงานควบคุมแบบไม่มีโมเดล[/align] 5. ผลการทดสอบ ต่อไปนี้คือการเปรียบเทียบการจำลองความสามารถในการถอดรหัสของตัวควบคุมแบบไม่มีรุ่นและตัวควบคุมแบบ PID เพื่อความเป็นธรรมในการเปรียบเทียบ พารามิเตอร์ของตัวควบคุมแบบไม่มีรุ่นและตัวควบคุม PID จะถูกปรับให้อยู่ในสถานะที่ดีขึ้น และควบคุมระบบ [1] (4-5) ต่อไปนี้: ผลการควบคุมแสดงในรูปที่ 4 และรูปที่ 4 5 [align=center] u(t ) Y(t) รูปที่ 4 ผลการจำลองสถานการณ์การควบคุม PID u(t) y(t) รูปที่ 5 แผนภาพจำลองของการควบคุมแบบไม่มีแบบจำลอง[/align] จากผลการจำลอง จะเห็นได้ชัดเจนว่าตัวควบคุมแบบไม่มีรุ่นและตัวควบคุม PID อยู่ตรงข้ามกัน การควบคุมระบบเชิงเส้นตรงได้รับผลลัพธ์ที่ดี แต่ความสามารถในการควบคุมของวิธีการควบคุมแบบไม่มีแบบจำลองสำหรับสถานการณ์การมีเพศสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นนั้นแข็งแกร่งกว่าตัวควบคุม PID มาก 6. บทสรุป การควบคุมแบบไม่มีโมเดลเหมาะสำหรับการควบคุมแบบไม่เชิงเส้น และกฎการควบคุมนั้นไม่จำเป็นต้องกำหนดแบบจำลองของวัตถุเฉพาะ มีความเสถียรค่อนข้างดีและความสามารถในการป้องกันการรบกวนสำหรับการควบคุมวัตถุที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น อุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง การแนะนำกลยุทธ์การควบคุมแบบไม่ใช้โมเดลได้สร้างพื้นที่กว้างสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง