摘要：本文提出了開關(guān)電源無(wú)模型控制的方法。非建模自適應(yīng)控制器，又稱無(wú)模型控制器，該途徑打破了PID控制的束縛，為開關(guān)電源的發(fā)展指出了新的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，PID控制，無(wú)模型控制，PWM [b][align=center]Research of Switchiing Power Supply Based on Model Free Controller ZHANG ke ,QI Xing-Guang （Shandong Institute of Light Industry,Shandong,Jinan,250353[/align][/b] Abstract: This paper presents a method of design a model free switch power supply.Model free adaptive controller also named non_modeling adaptive controller,the approach cancel the concepts of PID, Pointed out a new direction for development of switch power supply. Key words: switching power supply,PID control,model free controller,PWM 1.引言 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源控制部分絕大多數(shù)是按照模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的，缺點(diǎn)是抗干擾能力很差。由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，數(shù)字信號(hào)的處理和控制顯示出了明顯的優(yōu)勢(shì)：便于計(jì)算機(jī)處理和控制，設(shè)計(jì)的靈活性大大提高，軟件調(diào)試方便等，出現(xiàn)了PID控制。 它使開關(guān)電源向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。這無(wú)疑提高了開關(guān)電源的性能和可靠性。但由于開關(guān)電源本身是一個(gè)非線性的對(duì)象，其精確模型的建立是相當(dāng)困難的，常采用近似處理，并且其供電系統(tǒng)和負(fù)載變化具有不確定性，所以采用上述模擬或數(shù)字PID控制方法常常難以使PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)隨之變化．控制效果不理想。近來(lái)發(fā)展起來(lái)的無(wú)模型控制[1]是前景廣闊的控制方法。它不依賴被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，集建模與控制一體化，這對(duì)于一些復(fù)雜可變的或結(jié)構(gòu)不確定難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型描述的系統(tǒng)而言是非常適宜的，改進(jìn)了開關(guān)電源的控制系統(tǒng)，不僅滿足開關(guān)電源的高性能和高可靠性的要求。 2.開關(guān)電源的工作原理 本開關(guān)電源原理框圖如圖1所示。電網(wǎng)電壓通過(guò)輸入回路中的整流器和濾波器轉(zhuǎn)換為直流電壓輸入高頻變換器，高頻變換器則把輸入的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖方波電壓，該脈沖方波通過(guò)輸出回路中的高頻整流器和濾波器變成直流電壓供給負(fù)載。 [align=center] 圖1 開關(guān)電源工作原理[/align] 以微型計(jì)算機(jī)為核心的控制回路，在控制軟件的支持下對(duì)開關(guān)電源的輸出電壓、電流采樣，并與給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后去調(diào)整和控制逆變器， 改變MOSFET管的導(dǎo)通頻率或?qū)ǎ刂箷r(shí)間以穩(wěn)定輸出，并監(jiān)測(cè)開關(guān)電源的工作狀態(tài)。 3.開關(guān)電源硬件系統(tǒng)組成 開關(guān)電源的控制系統(tǒng)可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況選擇不同的微處理器。其組成原理框圖如圖2所示。上電/復(fù)位電路給微處理器提供穩(wěn)定的電源和復(fù)位功能。輸出電壓反饋用來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓值，保持輸出電壓的穩(wěn)定，電流反饋電路與電壓反饋功能相似。數(shù)碼管顯示電路和鍵盤輸入電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能。PWM輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出脈沖來(lái)控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷，當(dāng)輸出電壓高于要求電壓時(shí)，輸出脈沖的寬度就減小，從而減小輸出電壓；當(dāng)輸出電壓低于要求電壓時(shí)，輸出脈沖的寬度就增大，從而增大輸出電壓。 [align=center] 圖2[/align] 4.無(wú)模型控制原理 4．1無(wú)模型控制的總體概述 在控制律設(shè)計(jì)中一般的需要建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)典的方法要求這種數(shù)學(xué)模型必 須事先建立至少其結(jié)構(gòu)必須事先確定。而且模型愈精確愈好。無(wú)模型控制律的設(shè)計(jì)中，突破了控制律對(duì)數(shù)學(xué)模型盡可能事先精確的建立這一要求的限制。 我們的建模手續(xù)是伴隨反饋控制而進(jìn)行的。初始的數(shù)學(xué)模型可以是不精確的，但必須保證所設(shè)計(jì)的控制律具有一定的收斂性.我們所設(shè)計(jì)的無(wú)模型控制律是邊建模邊控制，得到新的觀測(cè)數(shù)據(jù)后，再建模再控制.如此繼續(xù)下去，使得每次得到的數(shù)學(xué)模型逐漸精確，從而控制律的性能也隨之得到改善。我們把這種手續(xù)稱之為實(shí)時(shí)建模與反饋控制一體化手續(xù)。 4．2建模與自適應(yīng)控制一體化途徑 在參考文獻(xiàn)中，提出了如下的泛模型： y（k）-y（k-1）=φ（k-1）[u（k-1）-u（k-2）] （4-1） 不失一般性，這里假定被控動(dòng)態(tài)系統(tǒng)S的時(shí)滯是1,y（k） 是系統(tǒng)S的一維輸出， u（k-1）是P維輸人。φ（k）是特征參量，它是利用某種辨識(shí)算法在線估計(jì)的，k是離散時(shí)間。我們將會(huì)看出，在實(shí)時(shí)辨識(shí)―實(shí)時(shí)反饋校正的辨識(shí)與控制一體化手續(xù)中，φ（k）有明顯的數(shù)學(xué)與工程意義。 4．3實(shí)時(shí)建模與反饋控制一體化 具體的，我們的建模與反饋控制一體化的框架如下： （1）依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)和泛模型 y（k）-y（k-1）=φ（k-1）[u（k-1）-u（k-2）] 利用適當(dāng)?shù)墓乐捣椒?，得到了φ（k-1）的估值φ（k-1）。 （2）尋求φ（k-1）的向前一步的預(yù)報(bào)值φ＊（k），一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是取 φ＊（k）= φ＊（k-1） 在尋求控制律時(shí)，我們把φ＊（k）仍記成社φ（k） 。 （3）把控制律 作用于系統(tǒng)S，得到新的輸出貝y（k+1）。于是得到了一組新的數(shù)據(jù)｛y（k+1）,u（k）｝ 。 在這組新數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上重復(fù)（1），（2）和（3），即可又得出新的數(shù)據(jù)｛y（k+2）,u（k+1）｝如此繼續(xù)下去。只要系統(tǒng)S滿足一定的條件，在這種手續(xù)的作用下，系統(tǒng)s的輸出y（k）將逐漸地逼近y[sub]0[/sub]。 4.4控制器程序的設(shè)計(jì) 目前在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中應(yīng)用的控制器，絕大多數(shù)是經(jīng)典的PID調(diào)節(jié)器及其變種，對(duì)于耦合情況不嚴(yán)重的系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)器的控制效果還能令人滿意，但對(duì)耦合嚴(yán)重的系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)器則顯得無(wú)能為力，下面以PID調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將無(wú)模型控制器與PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較，用于說(shuō)明無(wú)模型控制器具備較好的解耦和抗干擾能力。 無(wú)模型控制流程圖 [align=center] 圖3 無(wú)模型控制流程圖[/align] 5.試驗(yàn)結(jié)果 這里對(duì)無(wú)模型控制器與PID調(diào)節(jié)器的解耦能力進(jìn)行仿真比較，為了比較的公平性，將無(wú)模型控制器與PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)都整定到較佳狀態(tài)，對(duì)下述系統(tǒng)[1]（4-5）進(jìn)行控制： 控制結(jié)果如圖4和圖5所示 [align=center] u（t） y（t） 圖4 PID控制情形仿真結(jié)果 u（t） y（t） 圖5 無(wú)模型控制仿真圖[/align] 由仿真結(jié)果可以清楚地看到，無(wú)模型控制器和PID調(diào)節(jié)器對(duì)非線形情形系統(tǒng)的控制都收到了良好的效果，但無(wú)模型控制方法對(duì)非線性耦合情形的控制能力比PID調(diào)節(jié)器強(qiáng)很多。 6.結(jié)束語(yǔ) 無(wú)模型控制適合非線性控制，其控制規(guī)則不需要確定具體對(duì)象的模型，對(duì)于像開關(guān)電源這種非線性對(duì)象的控制具有相當(dāng)好的穩(wěn)定性和抗干擾能力。無(wú)模型控制策略的引入，為開關(guān)電源的發(fā)展開創(chuàng)了廣闊的空間。 參考文獻(xiàn)： [1] 韓志剛，無(wú)模型控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題[J].控制工程，2002，5-3：19-22. [2] 劉文軍，羅玉峰.開關(guān)電源模糊控制PID的設(shè)計(jì)和MATLAB仿真研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，10-1：29-30. [3] 周志敏，周紀(jì)海.開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2002. 本文的創(chuàng)新點(diǎn)：將無(wú)模型控制引入到開關(guān)電源的控制中 作者簡(jiǎn)介：張科（1982—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)楣I(yè)過(guò)程智能控制與檢測(cè)。 Biography: ZHANG Ke（1982—¬）,male,Postgraduate,major:intelligent control and measure in industrial 作者詳細(xì)聯(lián)系方式：山東省濟(jì)南市西部新城大學(xué)科技園 山東輕工業(yè)學(xué)院信控學(xué)院 06級(jí)研究生 張科 郵編250353 電話：13864168250 E-mail: zhangke-0001@163.com