RU176670U1 - Switching voltage converter with adaptive nonlinear dynamics control system - Google Patents

Switching voltage converter with adaptive nonlinear dynamics control system Download PDF

Info

Publication number
RU176670U1
RU176670U1 RU2017105601U RU2017105601U RU176670U1 RU 176670 U1 RU176670 U1 RU 176670U1 RU 2017105601 U RU2017105601 U RU 2017105601U RU 2017105601 U RU2017105601 U RU 2017105601U RU 176670 U1 RU176670 U1 RU 176670U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
input
voltage
control system
converter
Prior art date
Application number
RU2017105601U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Иванович Андриянов
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет"
Priority to RU2017105601U priority Critical patent/RU176670U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU176670U1 publication Critical patent/RU176670U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к силовой электронике и может быть использована при построении импульсных преобразователей постоянного напряжения с повышенным качеством выходной физической величины в широком диапазоне вариации параметров системы.Задачей полезной модели является обеспечение гарантированной работы преобразователя напряжения в желаемом динамическом режиме с малой амплитудой колебаний выходного напряжения при изменении параметров системы в широком диапазоне.Силовая часть преобразователя выполнена на основе непосредственного понижающего преобразователя с системой автоматического управления, состоящей из вычитателя, формирующего сигнал ошибки, усилителя обратной связи по напряжению, регулятора, на вход которого подается сигнал ошибки, а выходной сигнал подается на неинвертирующий вход компаратора, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с генератора развертывающего напряжения, работающего синхронно с задающим генератором, что обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения, подключена система управления нелинейной динамикой. Дополнительно используются блоки адаптации масштабирующих коэффициентов, на вход которых подаются: информация о входном напряжении преобразователя, информация о задающем воздействии стандартной системы управления, выходной сигнал блока вычисления сопротивления нагрузки, на вход которого подается сигнал с датчика тока нагрузки и сигнал выходного напряжения, что обеспечивает вычисление оптимальных масштабирующих коэффициентов в зависимости от текущих параметров системы, которые рассчитываются с использованием метода Нелдера-Мида при поиске минимума целевой функции F(K, K, …K)=abs(max(abs(ρ(K, K, …K)))-ρ), где ρ- целевое значение мультипликатора, K- масштабирующие коэффициенты, ρ- i-й мультипликатор.Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность обеспечения желаемого динамического режима в широком диапазоне изменения параметров системы.The utility model relates to power electronics and can be used in the construction of pulsed DC-DC converters with improved quality of the output physical quantity in a wide range of variation of the system parameters. The objective of the utility model is to ensure guaranteed operation of the voltage converter in the desired dynamic mode with a small amplitude of output voltage fluctuations when changing system parameters in a wide range. The power part of the converter is based on direct A step-down converter with an automatic control system consisting of a subtractor that generates an error signal, a voltage feedback amplifier, a regulator, the input of which contains an error signal, and the output signal is fed to the non-inverting input of the comparator, to the inverting input of which a signal from the generator of the deployment voltage operating synchronously with the master oscillator, which ensures stabilization of the average value of the output voltage, a nonlinear din control system is connected Ikoyi. Additionally, adaptation blocks of scaling coefficients are used, at the input of which: information on the input voltage of the converter, information on the setting action of the standard control system, the output signal of the load resistance calculation unit, the input of which is supplied by the signal from the load current sensor and the output voltage signal, which provides the calculation optimal scaling factors depending on the current system parameters, which are calculated using the Nelder-Mead method when searching for the minimum of the objective function F (K, K, ... K) = abs (max (abs (ρ (K, K, ... K))) - ρ), where ρ is the target value of the multiplier, K are the scaling factors, ρ- i-th multiplier. The technical result provided by the given set of features is the ability to provide the desired dynamic mode in a wide range of system parameters.

Description

Полезная модель относится к силовой электронике и может быть использовано при построении импульсных преобразователей постоянного напряжения с повышенным качеством выходной физической величины в широком диапазоне вариации параметров системы.The utility model relates to power electronics and can be used in the construction of pulsed DC-DC converters with improved quality of the output physical quantity in a wide range of variation of the system parameters.

Известен преобразователь напряжения (патент №2552520) с системой управления, построенной на основе метода направления на цель, где для обеспечения желаемого динамического режима предполагается использование дополнительной системы управления нелинейной динамикой, формирующей корректирующие воздействия, влияющие на работу основной системы управления.A known voltage converter (patent No. 2552520) with a control system built on the basis of the method of direction to the target, where to ensure the desired dynamic mode, it is assumed to use an additional non-linear dynamics control system that generates corrective effects that affect the operation of the main control system.

Обеспечение желаемого динамического режима происходит за счет того, что к сигналу регулятора основной системы управления прибавляется корректирующий сигнал системы управления нелинейной динамикой, который является суммой двух масштабированных с заданными коэффициентами разностей: разности между сигналом датчика тока дросселя в тактовые моменты времени и компонентой вектора задания на неподвижную точку траектории, соответствующей току дросселя; разности между сигналом датчика напряжения на конденсаторе в тактовые моменты времени и компонентой вектора задания на неподвижную точку траектории, соответствующей напряжению на конденсаторе, что позволяет обеспечить выход системы на заданную неподвижную точку траектории.The desired dynamic mode is achieved due to the fact that the correction signal of the nonlinear dynamics control system is added to the controller signal of the main control system, which is the sum of two differences, scaled with the given coefficients: the difference between the signal of the throttle current sensor at the time moments and the component of the stationary task vector point of the trajectory corresponding to the current of the inductor; the difference between the signal of the voltage sensor on the capacitor at time instants and the component of the reference vector to a fixed point on the path corresponding to the voltage on the capacitor, which allows the system to reach a given fixed point on the path.

К недостатку метода относится невозможность работы в широком диапазоне вариации параметров системы в связи с неоптимальностью фиксированных масштабирующих коэффициентов при изменении параметров системы в широком диапазоне, что может привести к реализации нежелательных динамических режимов.The disadvantage of this method is the inability to work in a wide range of variation of the system parameters due to the non-optimal fixed scaling factors when changing the system parameters in a wide range, which can lead to the implementation of undesirable dynamic modes.

Задачей полезной модели является обеспечение гарантированной работы преобразователя напряжения в желаемом динамическом режиме с малой амплитудой колебаний выходного напряжения при изменении параметров системы в широком диапазоне.The objective of the utility model is to ensure the guaranteed operation of the voltage converter in the desired dynamic mode with a small amplitude of fluctuations in the output voltage when changing system parameters in a wide range.

Данная задача решается за счет того, что к силовой части преобразователя, выполненного на основе непосредственного понижающего преобразователя с системой автоматического управления, состоящей из вычитателя, формирующего сигнал ошибки, усилителя обратной связи по напряжению, регулятора, на вход которого подается сигнал ошибки, а выходной сигнал подается на неинвертирующий вход компаратора, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с генератора развертывающего напряжения, работающего синхронно с задающим генератором, что обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения, подключена система управления нелинейной динамикой, отличающаяся тем, что дополнительно используются блоки адаптации масштабирующих коэффициентов, на вход которых подаются: информация о входном напряжении преобразователя, информация о задающем воздействии стандартной системы управления, выходной сигнал блока вычисления сопротивления нагрузки, на вход которого подается сигнал с датчика тока нагрузки и сигнал выходного напряжения, что обеспечивает вычисление оптимальных масштабирующих коэффициентов в зависимости от текущих параметров системы, которые рассчитываются с использованием метода Нелдера-Мида при поиске минимума целевой функции Fнд(K1,K2, …Kn)=abs(max(abs(ρi(K1,K2, …Kn)))-ρcт.цел), где ρст.цел - целевое значение мультипликатора, Ki - масштабирующие коэффициенты, ρi - i-й мультипликатор.This problem is solved due to the fact that the power part of the converter, made on the basis of a direct step-down converter with an automatic control system, consists of a subtractor that generates an error signal, a voltage feedback amplifier, a regulator, the input of which contains an error signal, and the output signal is fed to the non-inverting input of the comparator, to the inverting input of which a signal is supplied from the generator of the developing voltage operating synchronously with the master generator, which ensures it stabilizes the average value of the output voltage, a nonlinear dynamics control system is connected, characterized in that it additionally uses adaptation blocks for scaling coefficients, the input of which is supplied: information about the input voltage of the converter, information about the setting action of the standard control system, the output signal of the load resistance calculation unit, the input of which receives a signal from the load current sensor and the output voltage signal, which ensures the calculation of optimal m scaling coefficients depending on the current system parameters, which are calculated using the Nelder-Mead method when searching for the minimum of the objective function F nd (K 1 , K 2 , ... K n ) = abs (max (abs (ρ i (K 1 , K 2 , ... K n ))) - ρ st.get) , where ρ st.get - the target value of the multiplier, K i - scaling factors, ρ i - i-th multiplier.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность обеспечения желаемого динамического режима в широком диапазоне изменения параметров системы.The technical result provided by the given set of features is the ability to provide the desired dynamic mode in a wide range of system parameters.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

Фиг. 1. Функциональная схема преобразователя.FIG. 1. Functional diagram of the converter.

Фиг. 2 Диаграмма модулей мультипликаторов 1-цикла.FIG. 2 Diagram of 1-cycle multiplier modules.

Фиг. 3. Диаграмма модуля старшего мультипликатора 1-цикла.FIG. 3. Module diagram of the senior 1-cycle multiplier.

На Фиг. 1 представлена функциональная схема импульсного преобразователя, описание которого приведено в [патент №2552520]. Для повышения качественных показателей управления нелинейной динамикой в систему управления введен блок адаптации (БА) параметров алгоритма управления Ki к изменяющимся параметрам объекта управления, к которым чаще всего относятся: входное напряжение Uвх, сопротивление нагрузки Rн и напряжение задания Uз.In FIG. 1 is a functional diagram of a pulse converter, the description of which is given in [patent No. 2552520]. To improve the quality of non-linear dynamics control indicators, an adaptation block (BA) of the control algorithm parameters K i has been introduced into the control system for the changing parameters of the control object, which most often include: input voltage U I , load resistance R n and reference voltage U s .

На Фиг. 1 приняты следующие обозначения: R - активное сопротивление дросселя, L - индуктивность дросселя, С - емкость конденсатора, Rн - сопротивление нагрузки, Uвх - входное напряжение, (β1, β2 - масштабные коэффициенты, β - коэффициент обратной связи по напряжению, Uз - напряжение задания, Uи - импульсы управления силовым ключом, Uy - управляющий сигнал, Up - развертывающее пилообразное напряжение, ОСУ - основная система управления, СУНД - система управления нелинейной динамикой, ГРН - генератор развертывающих напряжений, ЗГ - задающий генератор, «==» - компаратор, УВХ, УВХ1, УВХ2 - устройства выборки-хранения, ВНТ1, ВНТ2 - вычислители компонентов вектора неподвижной точки отображения, БА - блок адаптации, УМ1, УМ2 - умножители, K1, K2 - коэффициенты пропорциональности, вычисляемые блоком адаптации, ВСН - вычислитель сопротивления нагрузки, Uош - ошибка основной системы управления, VD - силовой диод, VT - силовой транзистор, x, x - компоненты вектора задания на неподвижную точку 1-цикла, х2k, x1k - компоненты вектора обратных связей по переменным состояния в дискретные моменты времени, Δх2k, Δx1k - компоненты вектора отклонения текущей точки режима от заданной, uk1, uk2 - корректирующие воздействия.In FIG. 1, the following notation is adopted: R is the active resistance of the inductor, L is the inductance of the inductor, C is the capacitance of the capacitor, R n is the load resistance, U in is the input voltage, (β 1 , β 2 are scale factors, β is the voltage feedback coefficient , U s - reference voltage, U and - impulses for controlling the power switch, U y - control signal, U p - sweep sawtooth voltage, OSU - main control system, RMSS - control system for nonlinear dynamics, SRN - generator of unfolding voltages, ЗГ - master generator, "==" - computer radiator, UVX, UVX1, UVX2 - sampling-storage devices, BHT1, BHT2 - calculators of the components of the fixed point of the display vector, BA - adaptation unit, UM1, UM2 - multipliers, K1, K2 - proportionality coefficients calculated by the adaptation unit, BCH - resistance calculator load, Ush is the error of the main control system, VD is the power diode, VT is the power transistor, x 2z , x 1z are the components of the task vector on the fixed point of the 1-cycle, x 2k , x 1k are the components of the feedback vector for state variables in discrete time instants, Δx 2k , Δx 1k - components in vector deviation of the current mode point from the given, u k1 , u k2 - corrective action.

Метод адаптации коэффициентов Ki к изменяющимся параметрам системы следующий.The method of adapting the coefficients K i to the changing parameters of the system is as follows.

Непосредственный понижающий преобразователь напряжения описывается системой дифференциальных уравнений с размерностью два. Классическая система автоматического управления с обратной связью по среднему значению выходного напряжения непосредственных преобразователей, работающих в режиме прерывистых токов, описывается стробоскопическим отображением вида [Кобзев, А.В. Нелинейная динамика полупроводниковых преобразователей / А.В. Кобзев, Г.Я. Михальченко, А.И. Андриянов, С.Г. Михальченко - Томск: Томск, гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2007. - 224 с]The direct step-down voltage converter is described by a system of differential equations with dimension two. The classical automatic control system with feedback on the average output voltage of direct converters operating in discontinuous current mode is described by a stroboscopic display of the form [Kobzev, A.V. Nonlinear dynamics of semiconductor converters / A.V. Kobzev, G.Ya. Mikhalchenko, A.I. Andriyanov, S.G. Mikhalchenko - Tomsk: Tomsk, state. University of Control Systems and Radio Electronics, 2007. - 224 s]

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
; iL - ток дросселя; uс - напряжение на конденсаторе; zk1, zk2 - моменты коммутации в относительно времени на k-том тактовом интервале; Xx-1 - вектор переменных состояния системы в начале k-го тактового интервала;
Figure 00000003
- вектор.Where
Figure 00000002
; i L is the inductor current; u s - voltage across the capacitor; z k1 , z k2 - switching times in relation to time on the k-th clock interval; X x-1 is the vector of system state variables at the beginning of the k-th clock interval;
Figure 00000003
- vector.

При использовании МНЦ вводятся дополнительные управляющие воздействия uik, которые определяются корректирующими функциями вида [1]When using the ISC, additional control actions u ik are introduced, which are determined by corrective functions of the form [1]

Figure 00000004
Figure 00000004

Тогда стробоскопическое отображение для САУ на основе МНЦ имеет видThen the stroboscopic display for the ACS based on the ISC has the form

Figure 00000005
Figure 00000005

где Δzk - приращение коэффициента заполнения на k-том тактовом интервале.where Δz k is the increment of the duty cycle on the k-th clock interval.

Указанное приращение может быть найдено на основе выраженияThe specified increment can be found based on the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

Функция переключения

Figure 00000007
для импульсной САУ, описываемой СДУ n-го порядка на основе МНЦ, имеет видSwitch function
Figure 00000007
for a pulsed self-propelled guns described by an n-th order SDE based on the ISC, has the form

Figure 00000008
Figure 00000008

где c1=[0; 1] - постоянный вектор, определяющий компоненту вектора переменных состояния участвующую в выражении.where c 1 = [0; 1] is a constant vector that defines the component of the vector of state variables participating in the expression.

Стробоскопическое отображение (3), линеаризованное вблизи неподвижной точки 1-цикла, может быть представлено какThe stroboscopic display (3), linearized near the fixed point of the 1-cycle, can be represented as

Figure 00000009
Figure 00000009

где k - номер итерации отображения,

Figure 00000010
- матрица монодромии стабилизируемого 1-цикла, Yk-1k-1-X'.where k is the number of iterations of the map,
Figure 00000010
is the monodromy matrix of the stabilized 1-cycle, Y k-1 = X k-1 -X '.

Размерность матрицы MD зависит от порядка системы дифференциальных уравнений, описывающих работу устройства. При этом нужно выбрать такое значение коэффициентов Ki, при котором старший мультипликатор матрицы MD принимает значение меньше единицы.The dimension of the matrix M D depends on the order of the system of differential equations describing the operation of the device. In this case, it is necessary to choose a value of the coefficients K i at which the leading multiplier of the matrix M D takes a value less than unity.

Основным критерием выбора коэффициентов Ki является сходимость стробоскопического отображения (3) к устойчивой неподвижной точке (т.е. 1-цикл должен быть устойчив). Для анализа локальной устойчивости 1-цикла используется первый метод Ляпунова. Как известно, локальная устойчивость периодического решения определяется на основе мультипликаторов (ρi, где i=1…n) матрицы монодромии М*, где n - порядок системы. Как следует из выражения (2-5), мультипликаторы матрицы монодромии зависят от коэффициентов Ki.The main criterion for choosing the coefficients K i is the convergence of the stroboscopic display (3) to a stable fixed point (i.e., the 1-cycle must be stable). To analyze the local stability of the 1-cycle, the first Lyapunov method is used. As is known, the local stability of a periodic solution is determined on the basis of multipliers (ρ i , where i = 1 ... n) of the monodromy matrix M * , where n is the order of the system. As follows from expression (2-5), the multipliers of the monodromy matrix depend on the coefficients K i .

Как известно, периодический режим устойчив, когда модули все мультипликаторов находятся в пределах единичного круга на комплексной плоскости. Для рассматриваемой системы, данное условие можно записать в видеAs you know, the periodic mode is stable when the modules of all the multipliers are within the unit circle on the complex plane. For the system under consideration, this condition can be written as

abs(max(ρi))<1.abs (max (ρ i )) <1.

Это значит, что для устойчивости желаемого 1-цикла его старший мультипликатор должен быть меньше единицы, что требует подбора определенного значения коэффициентов Ki. Для надежной работы преобразователя введем понятие запаса устойчивости по модулю старшего мультипликатора, который рассчитывается по выражениюThis means that for the stability of the desired 1-cycle, its senior multiplier must be less than unity, which requires the selection of a certain value of the coefficients K i . For reliable operation of the converter, we introduce the concept of the margin of safety modulo the senior multiplier, which is calculated by the expression

δ=1-ρст.цел,δ = 1-ρ st .

где ρст.цел - целевое значение мультипликатора.where ρ st.sel - the target value of the multiplier.

Задачу поиска оптимальных значений коэффициентов Ki можно свести к задаче оптимизации. Целевая функция в данном случае будет иметь видThe problem of finding the optimal K i values of the coefficients can be reduced to an optimization problem. The objective function in this case will be

Figure 00000011
Figure 00000011

Как видно из (6) основной задачей является поиск таких значений коэффициентов Ki, при которых модуль разности между фактическим значением модуля старшего мультипликатора 1-цикла и целевым значение модуля старшего мультипликатора будет минимален.As can be seen from (6), the main task is to find values of the coefficients K i such that the modulus of the difference between the actual value of the modulus of the senior multiplier of the 1-cycle and the target value of the modulus of the senior multiplier will be minimal.

Особенности математической задачи расчета коэффициентов корректирующей функции в случае системы, описываемой двухмерным стробоскопическим отображением для начала рассматриваются для частного случая, когда Ki=K2=K.Features of the mathematical problem of calculating the coefficients of the correction function in the case of a system described by a two-dimensional stroboscopic display for a start are considered for the special case when K i = K 2 = K.

На Фиг. 2 представлен частный пример диаграммы мультипликаторов 1-цикла. На рисунке: точечная линия - зависимость модуля мультипликатора |ρ1|; штриховая линия - зависимость модуля мультипликатора |ρ2|; сплошная линия - зависимость модуля старшего мультипликатора |ρmax| - Как видно из рисунка, зависимость модуля старшего мультипликатора |ρmax| от коэффициента K является нелинейной и претерпевает разрыв в точке Kр. Так, при K<Kр модуль старшего мультипликатора |ρmax|=|ρ1|, а при K>Kp модуль старшего мультипликатора |ρmax|=|ρ2| - Очевидно, что в общем случае данная зависимость может иметь более сложный характер.In FIG. 2 presents a particular example of a diagram of 1-cycle multipliers. In the figure: the dotted line is the dependence of the multiplier modulus | ρ 1 |; dashed line is the dependence of the multiplier | ρ 2 |; solid line is the dependence of the modulus of the senior multiplier | ρ max | - As can be seen from the figure, the dependence of the modulus of the senior multiplier | ρ max | of the coefficient K is nonlinear and undergoes a discontinuity at the point K p . So, for K <K p the module of the highest multiplier | ρ max | = | ρ 1 |, and for K> K p the module of the highest multiplier | ρ max | = | ρ 2 | - Obviously, in the general case, this dependence can be more complex.

В более сложном случае K1≠K2, что усложняет задачу поиска желаемых значений коэффициентов КФ. График модуля старшего мультипликатора в зависимости от коэффициентов K1 и K2 представлен на Фиг. 3, где белой точкой отмечены координаты минимума функции.In a more complicated case, K 1 ≠ K 2 , which complicates the task of finding the desired values of the coefficients of the CF. Schedule module senior multiplier depending on the coefficients K 1 and K 2 are shown in FIG. 3, where the coordinates of the minimum of the function are marked with a white dot.

В силу сложности зависимости старшего мультипликатора от указанных коэффициентов и возможности существования разрывов целевой функции данную математическую задачу можно отнести к задаче оптимизации выпуклых недифференцируемых функций. Для решения таких задач разработан целый ряд методов. Анализ показал, что в зависимости от ситуации для поиска оптимальных значений коэффициентов Ki можно применять метод Монте-Карло, субградиентные методы оптимизации, метод Нелдера-Мида и др. К недостаткам субградиентных методов оптимизации относится необходимость априорного знания значения целевой функции в точки минимума, что в данном случае невозможно. В данном случае используется метод Нелдера-Мида.Due to the complexity of the dependence of the senior multiplier on these coefficients and the possibility of the existence of discontinuities of the objective function, this mathematical problem can be attributed to the problem of optimizing convex non-differentiable functions. A number of methods have been developed to solve such problems. The analysis showed that, depending on the situation, the Monte Carlo method, subgradient optimization methods, the Nelder-Mead method, etc. can be used to search for optimal values of the coefficients K i . The disadvantages of subgradient optimization methods include the need for a priori knowledge of the value of the objective function at the minimum, which in this case impossible. In this case, the Nelder-Mead method is used.

Поиск минимума целевой функции (8) осуществляется на интервалах [K1mim, K1max] и [K2min, K2max] границы которых задаются эмпирически. Максимальное число итераций метода оптимизации обозначаем как Nc.The search for the minimum of the objective function (8) is carried out on the intervals [K 1mim , K 1max ] and [K 2min , K 2max ] whose boundaries are set empirically. The maximum number of iterations of the optimization method is denoted by N c .

Итерации продолжаются до тех пор, пока модуль старшего мультипликатора не удовлетворяет условию окончания итераций или число реализованных итераций меньше Nc. В случае, если оптимальные значения коэффициентов не были найдены, то эти коэффициенты приравниваются нулю (отказ от использования МНЦ). Отказ от использования МНЦ в случае отсутствия условий стабилизации 1-цикла с заданным запасом устойчивости приведет к наличию нежелательных динамических режимов, но стоит заметить, что здесь не решается задача полного исключения нежелательных режимов во всем диапазоне параметров системы, а обеспечивается максимально возможная площадь желаемого 1-цикла. Как показал проведенный анализ, в общем случае в системах рассматриваемого класса в определенных областях параметров системы поставленная выше математическая задача может быть неразрешима и модуль старшего мультипликатора останется больше единицы при любом значении коэффициентов корректирующей функции в допустимом диапазоне их значений.Iterations continue until the higher multiplier module satisfies the termination condition for iterations or the number of implemented iterations is less than N c . If the optimal values of the coefficients were not found, then these coefficients are equal to zero (refusal to use the ISC). The refusal to use the ISC in the absence of stabilization conditions for the 1-cycle with a given margin of stability will lead to the presence of undesirable dynamic modes, but it is worth noting that the problem of completely eliminating undesirable modes in the entire range of system parameters is not solved, but the maximum possible area of the desired 1- cycle. As the analysis showed, in the general case, in the systems of the class in question in certain areas of the system parameters, the mathematical problem posed above can be unsolvable and the module of the senior multiplier will remain more than unity for any value of the coefficients of the correction function in the allowable range of their values.

Очевидно, что расчет матрицы монодромии и поиск ее собственных значений в совокупности с методом оптимизации для поиска оптимальных значений коэффициентов Ki достаточно сложно выполнить непосредственно в цифровой системе управления в связи с высокими требованиями к вычислительным ресурсам, поэтому при микроконтроллерной реализации системы управления предлагается использовать нейронную сеть. В этом случаеObviously, the calculation of the monodromy matrix and the search for its eigenvalues in conjunction with the optimization method for finding the optimal values of the coefficients K i are quite difficult to perform directly in the digital control system due to the high requirements for computing resources, therefore, it is proposed to use a neural network for microcontroller implementation of the control system . In this case

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

где функция ϕi реализуется нейронной сетью. Расчет обучающей выборки для нейронной сети осуществляется на основе рассмотренного ранее алгоритма на инструментальной ЭВМ.where the function ϕ i is realized by a neural network. The calculation of the training sample for the neural network is carried out on the basis of the algorithm considered above on the instrumental computer.

Было проведено математическое моделирование системы с целью проверки работоспособности алгоритма. Моделирование проводилось для системы с параметрами: L=0,1 Гн, С=1 мкФ, R=1 Ом, Rн=150 Ом, α=30, β=0,01, Upm=10 В, а=0,0001 с.Mathematical modeling of the system was carried out in order to check the operability of the algorithm. Modeling was carried out for a system with parameters: L = 0.1 H, C = 1 μF, R = 1 Ohm, R n = 150 Ohm, α = 30, β = 0.01, U pm = 10 V, a = 0, 0001 s

На Фиг. 4 и Фиг. 5 приведены карты динамических режимов при различных условиях работы системы. На картах символами Пi,j отмечены области существования различных динамических режимов (i - m-цикл, характерный для данной области, j - номер области на карте динамических режимов). В частности, область П1,1 представляет собой первую область существования основного (проектного) режима с частотой ƒ=ƒкв (1-цикл), где ƒкв=1/а - частота квантования. Область Пх,j - соответствует недетерминированным режимам функционирования преобразователя (m→∞).In FIG. 4 and FIG. Figure 5 shows the maps of dynamic modes under various operating conditions of the system. On the maps, symbols П i, j indicate the areas of existence of various dynamic modes (i is the m-cycle characteristic of this area, j is the number of the area on the map of dynamic modes). In particular, the region P 1.1 represents the first region of existence of the main (design) mode with a frequency of ƒ = ƒ q (1-cycle), where ƒ q = 1 / a is the quantization frequency. The region П х, j - corresponds to non-deterministic operating modes of the transducer (m → ∞).

Анализ Фиг. 4 показывает, что без применения МНЦ области нежелательных режимов занимают достаточно большую площадь карты динамических режимов. При больших входных напряжениях и малых задающих воздействиях в системе реализуются хаотический режим (область Пx,2). При больших задающих воздействиях во всем диапазоне входных напряжений реализуются нежелательные режимы с большой амплитудой колебаний. Площадь области 1-цикла на Фиг. 4, а составляет 52,74% от площади карты.Analysis FIG. 4 shows that without the use of the ISC, the regions of undesirable modes occupy a rather large area of the map of dynamic modes. At large input voltages and small driving influences, a chaotic regime is realized in the system (region П x, 2 ). With large driving influences in the entire range of input voltages, undesirable modes with a large amplitude of oscillations are realized. The area of the 1-cycle region in FIG. 4, a is 52.74% of the map area.

Использование адаптации параметров K1 и K2 на основе предложенного алгоритма (параметры алгоритма адаптации: K1min=K2min=-3; K1max=K2max=3; ρст.цел=0,6, Nc=300) позволило полностью устранить области нежелательных динамических режимов, что следует из Фиг. 5 и говорит об его эффективности.The use of adaptation of the parameters K 1 and K 2 based on the proposed algorithm (adaptation algorithm parameters: K 1min = K 2min = -3; K 1max = K 2max = 3; ρ st.cell = 0.6, N c = 300) allowed eliminate areas of undesired dynamic modes, which follows from FIG. 5 and speaks of its effectiveness.

Claims (1)

Импульсный преобразователь, силовая часть которого выполнена на основе непосредственного понижающего преобразователя с системой автоматического управления, состоящей из вычитателя, формирующего сигнал ошибки, усилителя обратной связи по напряжению, регулятора, на вход которого подается сигнал ошибки, а выходной сигнал подается на неинвертирующий вход компаратора, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с генератора развертывающего напряжения, работающего синхронно с задающим генератором, что обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения, подключена система управления нелинейной динамикой, отличающийся тем, что дополнительно используются блоки адаптации масштабирующих коэффициентов, на вход которых подаются: информация о входном напряжении преобразователя, информация о задающем воздействии стандартной системы управления, выходной сигнал блока вычисления сопротивления нагрузки, на вход которого подается сигнал с датчика тока нагрузки и сигнал выходного напряжения, что обеспечивает вычисление оптимальных масштабирующих коэффициентов в зависимости от текущих параметров системы, которые рассчитываются с использованием метода Нелдера-Мида при поиске минимума целевой функции Fнд(K1, K2, …, Kn) = abs(max(abs(ρi(K1, K2, …, Kn))) - ρст.цел), где ρст.цел - целевое значение мультипликатора, Ki - масштабирующие коэффициенты, ρi - i-й мультипликатор.A pulse converter, the power part of which is based on a direct step-down converter with an automatic control system consisting of a subtractor that generates an error signal, a voltage feedback amplifier, a regulator, the input of which contains an error signal, and the output signal is fed to the non-inverting input of the comparator, on the inverting input of which receives a signal from the generator of the deployment voltage operating synchronously with the master oscillator, which ensures stabilization of the medium output voltage values, a non-linear dynamics control system is connected, characterized in that the adaptation blocks of scaling coefficients are additionally used, the input of which is supplied: information about the input voltage of the converter, information about the setting action of the standard control system, the output signal of the load resistance calculation unit, at the input which receives a signal from a load current sensor and an output voltage signal, which ensures the calculation of optimal scaling factors nt depending on the current parameters of the system, which are calculated using the Nelder-Mead method when searching for the minimum of the objective function F nd (K 1 , K 2 , ..., K n ) = abs (max (abs (ρ i (K 1 , K 2 , ..., K n ))) - ρ st. Purpose ), where ρ st. Purpose - target value of the multiplier, K i - scaling factors, ρ i - i-th multiplier.
RU2017105601U 2017-02-20 2017-02-20 Switching voltage converter with adaptive nonlinear dynamics control system RU176670U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105601U RU176670U1 (en) 2017-02-20 2017-02-20 Switching voltage converter with adaptive nonlinear dynamics control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105601U RU176670U1 (en) 2017-02-20 2017-02-20 Switching voltage converter with adaptive nonlinear dynamics control system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU176670U1 true RU176670U1 (en) 2018-01-25

Family

ID=61024362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017105601U RU176670U1 (en) 2017-02-20 2017-02-20 Switching voltage converter with adaptive nonlinear dynamics control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU176670U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2012989C1 (en) * 1991-12-02 1994-05-15 Яшкин Виктор Иванович Pulse-modulated converter
RU30225U1 (en) * 2002-10-28 2003-06-20 Селиванов Вадим Валерьевич Pulse converter of direct voltage to alternating voltage of a given frequency and shape
RU87051U1 (en) * 2009-05-20 2009-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный горный университет" (МГГУ) PULSE VOLTAGE CONVERTER
US20140204631A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-24 Peter Albert THULER Power converter with low standby power consumption
US9042122B2 (en) * 2012-11-23 2015-05-26 Delta Electronics, Inc. Power converter and method for balancing voltages across input capacitors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2012989C1 (en) * 1991-12-02 1994-05-15 Яшкин Виктор Иванович Pulse-modulated converter
RU30225U1 (en) * 2002-10-28 2003-06-20 Селиванов Вадим Валерьевич Pulse converter of direct voltage to alternating voltage of a given frequency and shape
RU87051U1 (en) * 2009-05-20 2009-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный горный университет" (МГГУ) PULSE VOLTAGE CONVERTER
US9042122B2 (en) * 2012-11-23 2015-05-26 Delta Electronics, Inc. Power converter and method for balancing voltages across input capacitors
US20140204631A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-24 Peter Albert THULER Power converter with low standby power consumption

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bibian et al. High performance predictive dead-beat digital controller for DC power supplies
US10615680B2 (en) Control apparatus for power converter
CN106998136B (en) The Buck converter control system and method planned and tracked based on phase path
Liu et al. Fast linear parameter varying model predictive control of buck DC-DC converters based on FPGA
Heydari Optimal switching of DC–DC power converters using approximate dynamic programming
Mahmoudi et al. A new modulated model predictive control method for mitigation of effects of constant power loads
Mazumder Stability analysis of parallel DC-DC converters
US11960250B2 (en) Electric power conversion apparatus having a controller that switches a control scheme of a main circuit
US10978951B2 (en) Passivity-based switching power supply system, controller, and control method
RU176670U1 (en) Switching voltage converter with adaptive nonlinear dynamics control system
Andriyanov Parameters adaptation for target oriented control of the buck converter
JP2018137840A (en) Power factor improvement circuit
Priyadarshini et al. Design, modelling and simulation of a PID controller for buck boostand cuk converter
Zandi et al. Voltage control of a quasi z-source converter under constant power load condition using reinforcement learning
CN115987086A (en) Single-switch DC-DC converter on-line control method based on neural network
RU2239225C2 (en) Method for control of impulse voltage regulator
Balta et al. Global fast terminal sliding mode control with fixed switching frequency for voltage control of DC–DC buck converters
HINOV et al. Comparsion of Different Methods for Controlling DC-DC Converters in Constant Current Mode
Chander et al. Design, Modeling and Simulation of DC-DC Converter for low voltage applications
EP3886306A1 (en) Control of matrix converters using machine learning
CN103929059A (en) Current Limiting Scheme For Converter
RU2549172C2 (en) Control method of non-linear dynamics of dc-to-dc converter
RU2746798C1 (en) Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation
US9690308B2 (en) System and method for controlling output ripple of DC-DC converters with leading edge modulation control using current injection
RU2661900C1 (en) Pulse step-down voltage converter with the current stabilization control method (variants)

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20171212