基于模糊神经网络的Buck三电平变换器的控制器的研究

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近年来电力电子技术发展中提出的三电平变换器,由于其开关管的电压应力为输入直流电压的一半,非常适用于高输入电压、中大功率的应用场合。部分三电平变换器在降低开关电压应力的同时,还大大减小了输出滤波器的体积,因此提高了变换器的动态特性。正是由于三电平变换器具有诸多优点,其研究成为电力电子技术中的一个热点,引起了广泛关注。随着对功率变换器的动态特性和稳定性要求的日益提高,在优化拓扑结构的同时,人们尝试将现代控制技术引入功率变换器的控制系统设计之中。   由于Buck TL变换器具有强非线性、时变的特点,传统PID控制器并不太适合作为Buck TL变换器的控制器。模糊控制系统的鲁棒性,很适合控制Buck TL变换器,但是它也存在一些不足,其主要缺点是缺乏分析和设计控制系统的系统方法,必须对其改进。   本文提出将模糊神经网络控制器引入三电平变换器,用以改善系统的性能。模糊神经网络控制的本质仍是模糊控制,但它具有直接从样本数据中提取模糊规则的能力,它可以通过样本数据自动产生和优化模糊规则,克服了一般模糊控制器的缺点。   首先,本文在研究了Buck TL变换器系统的拓扑结构后,为Buck TL变换器建立了数学模型。因为三电平变换器中开关管数目多,工作模态复杂的特点,本文引入脉冲波形积分法对三电平变换器进行统一建模。实验结果表明,脉冲波形积分法是一种对三电平变换器进行统一建模的有效工具。   为了设计模糊神经网络控制器,本文利用仿真实验研究了模糊神经网络的一些特性,得出了一些结论。   在Buck TL变换器数学模型的基础上,本文为Buck TL变换器分别设计了传统PID控制器、模糊控制器、带有积分因子的模糊控制器以及模糊神经网络控制器。为了验证控制器的实际可行性,本文利用MATLAB中的PowerSystem工具箱搭建了Buck TL变换器控制仿真系统,并通过仿真实验分别研究了这三种控制系统的稳态特性、动态特性、及抗干扰特性。仿真实验结果表明模糊神经网络控制器比PID控制器和模糊控制器具有更好的动态性能、抗干扰性和鲁棒性,它更适合作为Buck TL变换器的控制器。
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