摘要：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在人工智能、自動(dòng)控制以及模式識(shí)別等領(lǐng)域的研究與應(yīng)用正方興未艾。而滯環(huán)電流控制是一種傳統(tǒng)常規(guī)的電流控制方式，在功率因數(shù)校正和無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。該文介紹了三相變流器的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滯環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制，該方案可實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對快速變量的控制，提高滯環(huán)控制的性能，使系統(tǒng)對參數(shù)的變化有較強(qiáng)的不靈敏性和魯棒性。該文分析了三相電源不平衡、某一路電流反饋丟失的工況下，系統(tǒng)的控制特性。為了使系統(tǒng)在輕負(fù)載下得到良好的頻譜特性，采用實(shí)時(shí)變誤差增益的控制策略，并討論了容差帶下限。同時(shí)借助于矢量調(diào)制的思想，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滯環(huán)調(diào)節(jié)器，優(yōu)化系統(tǒng)性能，減小系統(tǒng)EMI和開關(guān)損耗。

關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);滯環(huán);變流器

1引言

如何提高工業(yè)用電的效率和減小諧波污染已倍受關(guān)注。在工業(yè)用電中，大部分電能是要經(jīng)過變換才能用于生產(chǎn)的。由于快速功率開關(guān)性能的進(jìn)一步提高，基于脈寬調(diào)制功率變換電路已經(jīng)日益成為人們提高供電系統(tǒng)功率因數(shù)，降低諧波污染的有力工具，因而成為人們研究的熱點(diǎn)。其中三相全控型電壓源功率變換裝置，主電路如圖1所示。經(jīng)過十余年的研究，已經(jīng)開始實(shí)用化[1,2]。三相變流器的最流行的控制方式是采用雙環(huán)控制。外環(huán)用于調(diào)整輸出電壓，快速的電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器常用來調(diào)節(jié)交流輸入電流使其跟蹤期望的電流軌跡，得到單位功率因數(shù)和低諧波的電流。

為提高系統(tǒng)的性能，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滯環(huán)調(diào)節(jié)器[4~6]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制作為一種極有潛力的控制手段吸引了眾多的學(xué)者，因神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行處理能力、自學(xué)習(xí)能力、容錯(cuò)能力，很適合于處理非線性系統(tǒng)的控制問題。在相對變化較慢的速度、溫度、位置等物理量控制中取得成功的應(yīng)用。但在速度較快的物理量的控制中，應(yīng)用較少。

在電力電子學(xué)領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多用于系統(tǒng)模型辨識(shí)，故障診斷等。隨著DSP的運(yùn)算速度的不斷增加，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在快速量控制中應(yīng)用成為可能。在各種變流器直接電流控制方式中，滯環(huán)控制是一種有效、簡單的控制方式，兩者的結(jié)合可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢。滯環(huán)電流控制方式不需要系統(tǒng)更多的參數(shù)，運(yùn)行容易，具有快速的電流響應(yīng)和限幅能力[7]。但系統(tǒng)開關(guān)頻率不固定，在嚴(yán)重的非平衡條件下，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，產(chǎn)生大量的電流諧波，同時(shí)影響開關(guān)頻率的變化。本文所用調(diào)節(jié)器，可以提高系統(tǒng)的魯棒性。為了減少PWM技術(shù)在變換器中的損耗并獲得優(yōu)化的輸出電流，減小EMI，采用矢量控制的基本思想[9]，給出基于滯環(huán)空間矢量控制方式的電流控制器。若使系統(tǒng)數(shù)字化，開關(guān)頻率可由采樣時(shí)間控制。

2基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流滯環(huán)控制器

電流滯環(huán)控制器運(yùn)行時(shí)無需系統(tǒng)的儲(chǔ)能器件的具體參數(shù)信息。用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來替代傳統(tǒng)電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器，在滯環(huán)控制的基本控制思路上訓(xùn)練一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器來實(shí)現(xiàn)滯環(huán)控制控制的功能，導(dǎo)師信號(hào)如表1所示。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滯環(huán)控制的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2。三相電流的誤差信號(hào)送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，參與計(jì)算，輸出開關(guān)信號(hào)S1，S3，S5，經(jīng)過邏輯合成后加到主電路的驅(qū)動(dòng)電路上。

圖2所示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)器，該網(wǎng)絡(luò)有3層(3-5-3結(jié)構(gòu))。節(jié)點(diǎn)的作用函數(shù)采用Sigmoid函數(shù)

式中是第r步迭代時(shí)第k層第i個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)對于第h個(gè)樣本輸入時(shí)輸出;為第r步時(shí)第k層第i個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)對于第h個(gè)樣本輸入時(shí)所接收到的上1層(第k-1層)的輸入總和點(diǎn)的閾值。

各點(diǎn)的權(quán)值Wij和閾值θij通過MATLAB軟件求出，通過DSP編程數(shù)字實(shí)現(xiàn)。Wij

圖3為系統(tǒng)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滯環(huán)控制器作用下系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)波形。

圖3a為給出階越給定時(shí)三相電流的響應(yīng)過程，表明該調(diào)節(jié)器具有較快的響應(yīng)速度。

圖3b，c，d給出了正常工況時(shí)的開關(guān)波形，電流波形，系統(tǒng)的單位功率因數(shù)波形顯示。

圖3e繪出了三相電壓不平衡時(shí)的三相電流。電源參數(shù)為Ea=Eb=Ec/0.85。變流器基本保持了每相電壓電流的同相位。

通過波形可以看出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滯環(huán)控制器較好地實(shí)現(xiàn)了滯環(huán)控制器所有的基本功能。電流控制魯棒性好，電流響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以限制器件的最高開關(guān)頻率，提高了滯環(huán)系統(tǒng)抗不平衡能力。滿足系統(tǒng)單位功率因數(shù)和低諧波的要求，同時(shí)它還具有一個(gè)新的優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)某個(gè)電流誤差信號(hào)丟失情況下仍然能正常工作。

3反饋丟失時(shí)的控制研究

反饋信號(hào)不正常是一種較為常見系統(tǒng)故障。常規(guī)數(shù)字滯環(huán)控制方案下，如果檢測環(huán)節(jié)有故障，某一相電流反饋信號(hào)丟失，那么系統(tǒng)不能正常工作，系統(tǒng)線電流響應(yīng)仿真曲線如圖4a。但在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制電路中，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參與，調(diào)節(jié)器對單路反饋信號(hào)丟失具有一定的抑制作用。控制器檢測電流反饋信號(hào)，如果連續(xù)3個(gè)周期檢測到電流反饋信號(hào)為0，那么可確認(rèn)反饋信號(hào)丟失，此時(shí)將該通道電流誤差設(shè)為0，參與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滯環(huán)調(diào)節(jié)器的運(yùn)算，輸出控制信號(hào)。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)波形如圖4(b)~(d)，系統(tǒng)仍可以得到較好的輸入電流與輸出電壓波形，這主要?dú)w功于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)并行處理能力。從圖4(b)~(d)中可以看出系統(tǒng)的電壓電流響應(yīng)還是較好的，對于單輸入信號(hào)丟失的穩(wěn)態(tài)電流波形顯示出了很強(qiáng)的魯棒性。而在同樣參數(shù)的常規(guī)滯環(huán)電流控制下，當(dāng)Dia丟失時(shí)，系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作。