毕业论文外文翻译-模糊逻辑自调优开关电源的设计（含英文原文）.docx

中北大学2015届外文文献翻译外文文献为PDF格式，下载后双击即可打开另存模糊逻辑自调优开关电源的设计摘要本文介绍了调压直流源的设计使用比例和积分(PI)的地方模糊逻辑控制器(FLC)。三种类型的拓扑(buck转换器,boost转换器,和buck-boost转换器)用于减小,加大,反向输入电压。提出的方案可以根据预先设定的基准电压进行自动调整。PC实现的控制器在设计和维护阶段提供了极大的灵活性。这两个模拟和实验结果提供了通过一个试验,验证理论分析实验性原型的控制器。闭环性能简单调压直流源,促进和buck-boost转换器负载调节和线性监管。控制器显示了非常有趣的跟踪特性和能够处理负载的变化和输入电压变化的能力。该控制器结构一般可以直接应用于任何直流-直流变换器拓扑。关键词：自适应开关电源，PI-模糊逻辑控制，占空比 1 介绍 在许多工业应用中,需要转换固定电压直流源成为调压直流源。可以认为是直流变换器相当于一个AC变压器连续变量比率。像一个变压器,它可以用来减小或加强直流电压源。在buck转换器,平均电压输出小于输入电压，用于减小直流电压。boost转换器的输出电压比输入电压大,用于加强直流电压源。在一个buck-boost转换器、输出电压可能小于或大于-把电压和输出电压极性是相反的输入电压。转换器也用于减小或输出一个负的直流电压源。模拟控制已被证明是最好的控制系统，许多工业应用多年。传统的控制器在行业proportional-integral-derivative控制器(PID)。PID控制器可以非常有效地解决任何扰动系统。人工智能(AI)的引入带来了一个新的工业应用。在不同的人工智能技术,模糊逻辑控制和神经网络控制是常见的。除了惯常-传统PID控制,适当的控制器的优化是必不可少的任何改变操作条件可能不反映系统的输出。这需要严格的实验的植物。各种人工智能基于启发式控件显示良好承诺将自然印度河灵活性和适应性试验应用。基于模糊逻辑(FL)控制器多弧离子镀成功,而不是使用传统的PID控制器。可以应用于表单PI控制器,称为PI-likeFLC,PI控制器参数的自动调整广泛的操作条件。模糊理论是1965年由枝也猛击开状态的概念,形成现代控制的基础理论。控制方法的发展,枝认为经典歌曲-卡尔控制理论过于强调精确处理复杂系统在一个务实的态度。程和许(1990,1991,1993)提出了基于模糊逻辑控制器系统。模糊逻辑控制已成功应用于一个各种各样的工程问题,包括DC-DC转换器(Ofoli,2006)。它已经表明,模糊控制能减少开发成本和提供更好的性能比线性的控制器。与先进的数字硬件和数字控制控制技术,它正成为可行的实现方案例如模糊逻辑电源转换器。近年来,在那里被有效控制的发展越来越浓的兴趣策略来提高直流-直流转换器的动态行为使用模糊逻辑控制器,神经网络和神经模糊电子学。程(2006),埃尔玛(2007),Masserant(1993),so(1996),和Ustun(2008)提出了应用于电子学的措施。古普塔,Boudreaux Nelms,Hung(1997)提出了一个“心理状态的模糊控制器直流-直流转换器使用便宜的8 b单片机。(So etal .,1997)设计了一个直流-直流转换器的模糊的逻辑控制器。Mattavelli, Rossetto, Spiazzi,和Tenti(1997)提出了一个通用的模糊控制器直流-直流转换器。佩里阿卜杜勒(1996),(2007),和赵(2003)使用PI-like FLC改善传统模糊逻辑控制器的性能。在线修改控制器的输出一个更新的因素,这是由规则的值基本误差和误差变化的控制变量作为输入。在本文中,我们提出一个PI-like reg模糊逻辑控制器绝缘调压直流源。两种测试,负载监管和监管,将进行评估控制器的性能。支持的硬件实现提出了提出了模糊控制和演示了这种可能性将模糊控制方法应用于实际实用的调压直流源控制。本文的组织如下:第二节介绍模糊逻辑与模糊集的概念。第三节讨论了推导调压直流源的模糊逻辑控制器。第四节将使用这个程序,设计实例和仿真和实验结果。结论在第五部分进行了总结。2 模糊逻辑与模糊集模糊控制的调压方案的框图做源,直流-直流转换器使用图1所示。模糊控制器分为五个模块：模糊化，数据库，规则库，决策者，和反模糊化。通过模糊控制器设计的细节之前,模糊集的一些基本定义和数学运算描述如表2.1。图2.1 直流-直流转换器模糊控制方案的框图表2.1模糊规则计算2.1模糊集的定义定义1(模糊集)。让X是一个对象集合(X是通用组);然后在是一个模糊集定义一组有序对: （2.1）在被称为x的隶属函数。注意,隶属函数巧x(x)表示的程度属于一个,通常是有限的值在0和1之间。较大值的意味着很可能在中。以零元素隶属程度通常不列举。如果我们限制隶属函数的值是0或1,然后成为一个非模糊集(nonfuzzy)。2.2模糊集合操作定义2(AND 算子(两个模糊的交叉集)。让一个和两个模糊集隶属度函数(x)和(x),respectily.从属函数交集(AND), = 定义为，。定义3(OR操作符(两个模糊集的联盟)。让A和B两个模糊集隶属度函数(x)和B(x),分别为。联盟的成员函数(或),D = u B,被定义为。定义4（NOT运算符（模糊集的补充）。让一个是一个模糊集的隶属函数A（x）。是对该函数的补充，被定义为 (2.2)定义5（模糊关系）。让和分别为两个模糊集隶属函数x（x）和B（x）。一个从A到B的模糊关系R可以看作一个模糊图和可由隶属函数R（x，y），满足组成规则如式2.3： (2.3)3 为可变的直流电压的模糊逻辑控制器的推导PI-模糊控制器，如图3.1所示，本文提出的。传统的PI控制器可以写成如式(2.6)。 (2.6)在为比例增益和积分增益。由微分方程（2.6），我们得到如下方程 (2.7)方程(2.7)是PI像FLC的基本形式。因此，模糊控制规则可写为如果e(k)是A，e(k）是B，那么u(k）是C， (2.8) 其中，A和B是条件，C是结论。FLC的输入误差和误差变化。输出控制信号的增量。通常，一个FLC用数字硬件如数字信号处理器和现场可编程门阵列实现。误差信号e(k)误差e(k)和变化被定义为 (2.9) (2.10)图3.1 PI-like FLC的数字实现其中是目前工程平台是输出电压，是参考电压，K是样本数。u（k）是模糊控制器的输出控制信号的增量变化。使用数字近似积分，控制信号u（k）由式(2.11)得到 (2.11)对PI像模糊控制系统的设计过程，如图3.2所示，如下： (1)的第一步是根据变换器的动态行为产生的知识基础。可以看出，知识库由规则库和数据库。规则库的决策表是由表1确定的，而数据库中的隶属度函数由PI法引导。 (2)达到减少死区时间和上升时间的系统的目标，我们应该减少决策规则的数目，使隶属函数的比例系数尽可能大。三角形的隶属函数的选择和随后的PI算法的比例因子调整。(3)下一个目标是通过限制错误的隶属函数，保持系统的稳定性。也就是说，这个系统的稳定性主要取决于Z的拉幅机（零）和纳米的宽度（负介质）和PM（正向介质）。没有明显的方法来达到这个目的。唯一的方案是不断摸索。(4)最后一步是调整线的总体增益直至系统具有最优的响应。所有的MFS的FLC的输入和输出是常见的归一化定义域，-1，1 如图3.3-图3.5。变量NB，NM，NS，Z，PS，PM，和Pb代表负大，负中，负小，零，正小，正积极为大，中。在这里，三角形的MFS选择所有模糊集。图3.2 PI-like FLC 图3.3 隶属函数e(k) 图3.4 隶属函数e(k)图3.5 u(k)的隶属函数计算输出u(k)见表1；这是一种常用的规则库设计的一二维相平面。表1中的控制规则是基于阶跃响应的特点建立了。例如，如果输出下降远离设定值，大的控制信号，将输出到设定的预期，而一个小的控制时需要输出接近接近设定值。4 仿真和实验结果4.1 仿真结果所提出的控制方案是模拟和三种转换器在Matlab的Simulink仿真：降压，升压，降压-升压，如图4.1所示。图4.2至图4.4显示了这三种电路。三转换器的电路参数列于表2。图4.1 闭环模糊控制组态仿真图4.2 降压转换器。图4.3 升压转换器。图4.4 Buck-Boost变换器。表2 转换器电路参数的测试 模拟的Buck变换器的状态方程所示的情商方程（4.1）和（4.2）。 (4.1) (4.2) 模拟的Boost变换器的状态方程为方程（4.3）和（4.4）。 (4.3) (4.4) 模拟的BuckBoost变换器的状态方程为（4.5）和（4.6）。 (4.5) (4.6)图4.5-图4.7展示图输出电压响应的时域仿真，当负载电阻有一个小的阶跃变化的三种变换器。图4.8-图4.10显示输出电压响应的时域仿真，当输入电压有一个小的阶跃变化的三种变换器。图4.11-图4.13显示输出电压响应的时域仿真，当参考电压有一个小的阶跃变化的三种变换器。结果表明，变换器的稳定可调节性能好，在不同的输入干扰和负载变化。研究结果还表明，PI像模糊逻辑控制器是通用的，可以应用到任何的DC-DC变换器的拓扑结构。图4.5 参考电压为5 V降压转换器的模拟输入电压为15 V，负载电阻，从5欧到3欧在0.02和从3欧到5欧在0.035秒。图4.6 参考电压为25 V的升压转换器的模拟输入电压为15 V，负载电阻，在0.02s从25欧到15欧和在0.035秒从15欧到25欧。图4.7 参考电压为5 V的降压-升压型转换器的模拟输入，电压为15 V，负载电阻在0.02s从10欧到5欧和在0.035s从5欧到10欧。图4.8 参考电压为5 V降压转换器的模拟，负载电阻为5欧，输入电压在0.02 s从15 V到20 V和在0.035秒20 V至15 V。图4.9 参考电压为25 V的Boost变换器仿真，负载电阻为25欧，输入电压在0.02从75 V至20 V 、在0.035s时20 V至75 V.图4.10 参考电压为5 V的Buck-Boost变换器仿真，负载电阻为 10 欧，输入电压在0.02s从15 V至20 V 、在0.035 S20 V至15 V。图4.11 输入电压为15 V的Buck-Boost变换器仿真，负载电阻为10欧，参考电压在0.02 s从10 V到20 V和在0.035s时从20 V至10 V。图4.12 输入电压为15 V模拟Boost变换器，负载电阻为 25欧。基准电压在0.02 s从20 V到25 V和在0.035s时从25 V至20 V图4.13 输入电压为15 V的Buck-Boost变换器仿真，负载电阻为10，参考电压在0.02s时10V至20 V在0.035 S时从20 V至10 V。4.2 实验结果设计程序可以应用于三种转换器。实验装置如图4.14所示。安装在个人计算机(PC)执行。A/D转换器是用于转换的DC-DC变换器的输出电压转换成数字数据，和一个D / A转换器是用来转换计算的PC为控制信号的结果。控制信号送入集成电路TL494和CD4069为脉冲宽度调制（PWM）来生成相应的占空比。通过实验验证了控制操作。几种拓扑结构进行了测试，和降压，升压和降压-升压转换器的反应，观察。图4.15至图4.17显示时域输出电压响应当负载电阻有一个小的步骤。图4.14 实验设置图4.15 从5欧到3欧的阶跃变化，在负载电阻降压转换器的负载调整回5欧。 图4.16 从25欧到15欧的阶跃变化，在负载电阻升压转换器的负载调整回25欧。图4.17 从10欧到5欧在负载阶跃变化Buck-Boost变换器调节负载电阻和回到10欧。三种转换器改变。图4.18至图4.20显示时间做主要的输出电压响应，当输入电压有一个小的阶跃变化的三种变换器。过冲由于负荷变化和输入电压变化很小，这种障碍的恢复时间短。这些结果证实了PI像功率变换器的模糊逻辑控制的可能性。图4.18 从15 V至20 V和15 V的返回与输入阶跃变化的Buck变换图4.19 从15 V至20 V和15 V的返回与输入阶跃变化调节升压转换器的线性规律图4.10 与输入阶跃变化从15vto20v Buck-Boost变换器线路调整回15V。5 结论使用像本文所开发的模糊逻辑控制器的可变直流电压，显示了非常有趣的功能，如简单（没有线性化是必需的）和普遍性（同一个控制器可以用于其他拓扑结构）。许多测试用例表明模糊逻辑控制器的结构能够减少如负载的变化和输入电压的变化通常出现在行业不同的扰动作用。模糊逻辑方法对三种类型的转换器的控制器设计（降压，升压，降压-升压）提供了有效的平滑的输出电压控制的实验结果。最后，我们得出这样的结论：PI-模糊逻辑控制器具有较强的灵活性，可以很容易地在微机上实现。参考文献1 Abdulla, I.&Emad, A. 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