分数阶双有源桥变换器的分数阶PI控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115185175A(43)申请公布日2022.10.14(21)申请号202210847378.X(22)申请日2022.07.19(71)申请人石家庄铁道大学地址050043河北省石家庄市北二环东路17号(72)发明人王硕禾张明晓常宇健符屹男常林桦(74)专利代理机构石家庄国域专利商标事务所有限公司13112专利代理师胡澎(51)Int.Cl.G05B11/42(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称分数阶双有源桥变换器的分数阶PI控制方法(57)摘要本发明涉及一种分数阶双有源桥变换器的分数阶PI控制方法，具体是根据分数阶双有源桥变换器的系统参数，计算得到分数阶双有源桥变换器的由控制到输出的分数阶传递函数；根据分数阶传递函数，确定分数阶双有源桥变换器控制系统的开环传递函数；根据开环传递函数，设计分数阶PI控制器待优化参数的最小目标函数；根据最小目标函数，利用遗传算法优化分数阶PI控制器的控制参数。本发明针对双有源桥变换器的分数阶模型以及预期效果来指导分数阶双有源桥变换器的最优分数阶PI控制器的参数设计，以获得系统的最优性能，使系统的响应速度更快，超调量更小，抗扰动能力更强，拥有更好的控制品质。CN115185175ACN115185175A权利要求书1/3页1.一种分数阶双有源桥变换器的分数阶PI控制方法，其特征是，包括以下步骤：S1、根据分数阶双有源桥变换器的系统参数，计算得到分数阶双有源桥变换器的由控制到输出的分数阶传递函数Gvd(s)；S2、根据步骤S1所得到的分数阶传递函数Gvd(s)，确定分数阶双有源桥变换器控制系统的开环传递函数Go(s)；S3、根据分数阶双有源桥变换器控制系统的开环传递函数Go(s)，设计分数阶PI控制器待优化参数的最小目标函数ITAE；S4、根据步骤S3中的所设计的控制器参数的最小目标函数ITAE，利用遗传算法优化分数阶PI控制器的控制参数Kp,Ki,λ的值。2.根据权利要求1所述的分数阶双有源桥变换器的分数阶PI控制方法，其特征是，步骤S1的具体计算方式是：S1‑1确定分数阶双有源桥变换器的由控制到输出的分数阶传递函数Gvd(s)为：其中，s为拉氏变换中的复频率，为电容电压的交流小信号复函数，d(s)为移相比d的复函数；和Δ(s)分别为拉氏变换后的复函数，其计算公式为：其中，R为负载阻抗，Co为输出电容，α为电感阶次，β为电容阶次，A11、A12、E11均为相关系数；各相关系数的计算公式对应表示为：其中，Vi为输入电压，Vo为输出电压，T为半周期，Ls为电感、D为移相比d的直流分量，n为高频变压器变比；S1‑2将系统参数代入公式(1)中，计算得到分数阶双有源桥变换器的由控制到输出的分数阶传递函数Gvd(s)。3.根据权利要求2所述的分数阶双有源桥变换器的分数阶PI控制方法，其特征是，步骤S2的具体方式是：2CN115185175A权利要求书2/3页S2‑1确定双有源桥变换器的分数阶PI控制器的传递函数Gc(s)为：其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，λ(0＜λ＜2)为积分器的阶次；S2‑2确定分数阶双有源桥变换器控制系统的开环传递函数Go(s)为：Go(s)＝Gvd(s)·Gc(s)(8)4.根据权利要求3所述的分数阶双有源桥变换器的分数阶PI控制方法，其特征是，步骤S3的具体方式是：S3‑1采用遗传算法对分数阶PI控制器的参数进行全局寻优，遗传算法优化参数的最小目标函数ITAE的优化准则为：其中，t为分数阶双有源桥变换器的工作时间，e(t)为双有源桥变换器的系统误差；S3‑2确定分数阶PI控制器的参数优化目标函数J为：其中，ω1、ω2均为控制系数，u(t)为分数阶PI控制器的输出；S3‑3采用惩罚功能避免分数阶PI控制器过大的超调，将超调量作为目标函数的一项，分数阶PI控制器的参数优化目标函数J1为：其中，ω3为控制系数，σ(t)为系统超调量函数；系统误差e(t)、分数阶PI控制器的输出u(t)和系统超调量函数σ(t)的计算方式为：e(t)＝vref(t)‑vo(t)(12)σ(t)＝vo(t)‑vo(t‑1)(14)其中，表示分数阶积分，且积分的下限为0、上限为t；vref(t)为vref(s)的时域表示形式，vref(s)系统输出电压参考量传递函数；vo(t)为vo(s)的时域表示形式，vo(s)输出电压传递函数；S3‑4利用遗传算法优化分数阶PI控制器参数Kp,Ki,λ，在遗传算法优化参数的最小目标函数ITAE达到最小值时，系统获得控制综合性能。5.根据权利要求4所述的分数阶双有源桥变换器的分数阶PI控制方法，其特征是，步骤S4的具体方式是：S4‑1生成初始种群P(0)；设置参数编码方式及最