buck电路输出电流的神经网络辨识单神经元pid控制

PAGEPAGE10Buck电路输出电流的神经网络辨识单神经元PID控制摘要:降压斩波电路(Buck)存在的非线性以及在特定环境下运行的干扰使其应用传统的PID控制难以在控制参数整定上达到最优。本文提出了基于径向基函数(RadialBasisFunction)神经网络在线辨识的Buck电路输出电流的单神经元自适应PID控制方法，利用具有自学习和自适应能力的单神经元来构成Buck电路的自适应控制器，同时通过RBF神经网络对系统进行在线辨识，从而实现控制器参数的在线调整。仿真结果证明，基于该方法的Buck电路控制动态效果较好，系统具有较好的自适应性。关键词:降压斩波电路；神经网络；辨识；单神经元TheSingleNeuronPIDControllerforOutputCurrentofBuckBasedonNNRecognitionAbstract:TheBuckchoppercircuithassomenonlinearity,andthereisinterferencearoundit,sothetraditionalPIDcontrolstrategycouldn’tworkatitsbest.Thesingleneuronself-adaptivePIDcontrollerusingon-lineidentificationofradialbasisfunctionNeuralNetworksisproposedinthispaper,whichisusedtocontrolthecurrentoftheBuckchopper.Thesingleneuronisappliedtotheself-adaptivecontrollerforBuckchopper,forithassuchabilitiesasself-studyandself-adaptive.Meanwhilethroughon-linerecognitionofthesystembyRBFNN,theparametersofthecontrollerareseton-line.ThesimulationresultprovesthatthedynamicperformanceofBuckchopperisbetter,andthesystemhasniceadaptability.Keywords:Buck;NN;Recognition;singleneuron

1引言近年来，降压斩波电路在医疗器械、汽车电子及其他机电一体化设备中的应用越来越广泛。在某些应用场合，动态时要求在保证供电电压的同时，需要输出电流波动在一个很小的范围内，因此对Buck电路动态性能提出了更高的要求。但是Buck电路自身的非线性以及在复杂环境运行时对其产生的干扰，使采用传统的PID控制方式在参数整定上难以达到最优状态[1]。径向基函数(RBF)神经网络具有收敛速度快，全局逼近能力强的优点，在解决非线性和不确定系统的控制方面应用广泛[2]。单神经元自适应控制器是传统PID控制器的改进形式，具有自学习、自适应的能力，结构简单并且能适应环境变化[3]。因此本文提出了一种基于RBF神经网络在线辨识的单神经元自适应

PID的控制方法，对Buck电路的电流进行闭环调节。仿真结果证明，该方法具有较好的动态效果，并在一定程度上抑制了负载变化以及外界干扰对系统响应的影响，具有较好的自适应性。2Buck电路模型本文采用Buck降压变换器原理结构图如图1所示。为了便于分析，先假设：(1)功率开关器件MOSFET为理想器件，具有理想的开关特性，感抗和容抗上的损耗可忽略；(2)直流环节电压Uin是理想电压源，内阻为0。图1Buck电路结构图图1所示的电路的状态方程为：()(1)式中：；；；；；；x——状态矢量；iL，uC——状态变量；u——输入矢量；ui——输入电压；D——占空比；理想开关模型具有时变性，但在开关处于通态和断态时，其电路结构和状态方程是定常的。因此，根据开关处于通态和断态时各自的状态方程及所占时间的比例，将式(1)中两个不同时间段的方程按各自的加权平均，即可得到在一个开关周期内，系统近似的平均状态方程[4]为：(2)(3)(4)即(5)3基于RBF神经网络在线辨识的Buck电路单神经元自适应PID控制3.1RBF神经网络模型对于一个给定的非线性函数，RBF网络可以以任意精度逼近它，具有全局最优和最佳逼近性能。RBF神经网络是一种三层前向网络，其输入层和输出层由线性神经元组成，隐层结点取高斯基函数[5]。设为网络的输入向量，RBF网络的径向基向量，其中hj为高斯基函数：(6)式中，Cj为网络的第j个结点的中心矢量，bj为节点j的基宽度参数。整个网络的输出方程为：(7)式中wj(j=1,2,3,…m)为网络的权向量。用RBF网络进行系统辨识的关键是确定未知参数，定义RBF网络辨识器的性能指标函数为：(8)根据梯度下降法，可以求出输出权、结点中心及节点基宽等参数的迭代算法如下[6]：(9)(10)(11)(12)(13)式中：η为学习速率，α为动量因子。最终得出对象的输出对控制输入变化的灵敏度信息，即Jacobian算法为：(14)Buck电路电流的单神经元自适应PID控制常规PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点在工业控制中被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好。但当实际被控对象存在强干扰，具有高度非线性和不确定性时，仅靠PID调节效果不理想。单神经元PID调节器本身具有适应、自学习能力，因此本文采用该种控制方法，对Buck电路输出电流进行闭环控制。单神经元自适应PID控制结构如图2所示，其中是输入量，为比例系数。图2单神经元自适应PID控制结构图取单神经元的输入为：(15)其中为误差，为输入，为反馈。单神经元的输出量为：(16)为保证控制策略的收敛性，对权值进行了归一化处理，即，与传统PID调节器比较可知，权值w1(k)，w2(k)，w3(k)分别相当于PID调节器的比例项、积分项、微分项。单神经元自适应控制器通过加权系数的调整来实现自适应功能，学习规则就是调整权重的算法[7]。本文借助最优控制中的二次型性能指标的思想，在加权系数的调整中引入二次型性能指标，使输出误差和控制增量加权平方和为最小来调整加权系数。设性能指标为：(17)为实现自适应PID的最优控制，权值的修正应该沿对wi(k)的负梯度方向搜索，以使性能指标最小，故有：(18)式中ηi为学习速率。(19)当辨识网络经过有限次学习后，其输出逐渐逼近对象输出，即可取，其中，为辨识网络的输出，则最终单神经元的权值调整公式为[8]：(20)综上所述，基于RBF神经网络辨识的单神经元自适应PID控制系统的结构如图3所示，图中，控制网络NNC为单神经元PID控制，辨识网络NNI为RBF神经网络。图3RBF网络在线辨识的单神经元自适应PID控制系统结构图仿真结果分析为了验证上述方法的有效性，本文利用Matlab对Buck电路输出电流控制进行了仿真研究，比较了该系统分别在数字PID控制和基于本文所论述方法下的系统阶跃响应以及对该系统施加相同大小扰动时的响应。控制器参数设计为：采样周期为1ms，学习速率，动量因子α=0.05，一般辨识权值wj，基函数中心向量Cj，基宽度参数bj均取[-1，1]之间的随机数。图4、图5分别为数字PID控制以及本文所论述方法的阶跃响应仿真结果，由图4、图5比较可以看出，输入为阶跃信号时，基于RBF网络辨识的单神经元自适应PID控制启动时Buck电路的电流响应快而且超调量小。图4数字PID控制下的阶跃响应仿真曲线图5本文论述方法的阶跃响应仿真曲线图6、图7分别为数字PID控制和本文论述方法下外部突然施加0.1A扰动时系统的响应仿真结果。由图6、图7比较可以看出，基于RBF网络辨识的单神经元自适应PID控制下外部施加扰动时系统响应调整时间短，具有较好的自适应性。图6数字PID控制下输出施加扰动响应仿真曲线图7本文论述方法下输出施加扰动响应仿真曲线

结论基于单神经元PID自适应调节器特别适合于非线性对象的自适应控制，无论对象参数如何变化，神经网络都能通过学习来调整自身权系数，以构成与对象参数相适应的控制器。本文提出的基于RBF网络在线辨识的Buck电路单神经元自适应PID控制，通过在线辨识建立了过程模型并为单神经元控制器提供了梯度信息，达到在线辨识的控制目的，通过仿真结果证实了该控制方法动态特性较好，并具有较好的自适应性。

参考文献:刘晓东，蒋昌虎，邱亚杰，等.Buck变换器动态过程电容充放电平衡控制策略[J].电机与控制学报，2021，14（6）：77-82夏长亮,修杰.基于RBF神经网络非线性预测模型的开关磁阻电机自适应PID控制[J].中国电机工程学报,2021,27(3):57-62RehmanKM,SureshG,FahimiB,etal.Optimizedtorquecontrolofswitchedreluctancemotoratalloperationalregimesusingneuralnetwork[J].IEEETransactionsonIndustryApplications,2021,37(3):904-913.杨旭,裴云庆,王兆安.开关电源技术.北京:机械工业出版社,2021ReayDS.GreenTC,WilliamsBW.“Neuralnetworksusedfortorquerippleminimizationofswitchedreluctancemotor,”Brightom,Engl:5thEuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplication,1993.夏长亮,李志强,王明超,等.基于RBF神经网络在线辨识的永磁无刷直流电机单神经元PID模型参考自适应控制[J].电工技术学报,2021,20(11):65-69RajarathnamAV,FahimiB,EhsaniM.Neuralnetworkbasedself-tuningcontrolofaswitchedreluctancemotordrivetomaximizetorqueperampere[C].IEEEIndustryApplicationSocietyAnnualMeeting,NewOrlaeans,傅平,郭吉丰,丁敬,等.基于神经元自适应PID的超声波电机速度位置控制[J].电工技术学报,2021,22(2):28-33

咖啡店创业计划书第一部分：背景在中国，人们越来越爱喝咖啡。随之而来的咖啡文化充满生活的每个时刻。无论在家里、还是在办公室或各种社交场合，人们都在品着咖啡。咖啡逐渐与时尚、现代生活联系在一齐。遍布各地的咖啡屋成为人们交谈、听音乐、休息的好地方，咖啡丰富着我们的生活，也缩短了你我之间的距离，咖啡逐渐发展为一种文化。随着咖啡这一有着悠久历史饮品的广为人知，咖啡正在被越来越多的中国人所理解。第二部分：项目介绍第三部分：创业优势目前大学校园的这片市场还是空白，竞争压力小。而且前期投资也不是很高，此刻国家鼓励大学生毕业后自主创业，有一系列的优惠政策以及贷款支持。再者大学生往往对未来充满期望，他们有着年轻的血液、蓬勃的朝气，以及初生牛犊不怕虎的精神，而这些都是一个创业者就应具备的素质。大学生在学校里学到了很多理论性的东西，有着较高层次的技术优势，现代大学生有创新精神，有对传统观念和传统行业挑战的信心和欲望，而这种创新精神也往往造就了大学生创业的动力源泉，成为成功创业的精神基础。大学生创业的最大好处在于能提高自己的潜力、增长经验，以及学以致用;最大的诱人之处是透过成功创业，能够实现自己的理想，证明自己的价值。第四部分：预算1、咖啡店店面费用咖啡店店面是租赁建筑物。与建筑物业主经过协商，以合同形式达成房屋租赁协议。协议资料包括房屋地址、面积、结构、使用年限、租赁费用、支付费用方法等。租赁的优点是投资少、回收期限短。预算10-15平米店面，启动费用大约在9-12万元。2、装修设计费用咖啡店的满座率、桌面的周转率以及气候、节日等因素对收益影响较大。咖啡馆的消费却相对较高，主要针对的也是学生人群，咖啡店布局、格调及采用何种材料和咖啡店效果图、平面图、施工图的设计费用，大约6000元左右3、装修、装饰费用具体费用包括以下几种。(1)外墙装饰费用。包括招牌、墙面、装饰费用。(2)店内装修费用。包括天花板、油漆、装饰费用，木工、等费用。(3)其他装修材料的费用。玻璃、地板、灯具、人工费用也应计算在内。整体预算按标准装修费用为360元/平米，装修费用共360*15=5400元。4、设备设施购买费用具体设备主要有以下种类。(1)沙发、桌、椅、货架。共计2250元(2)音响系统。共计450(3)吧台所用的烹饪设备、储存设备、洗涤设备、加工保温设备。共计600(4)产品制造使用所需的吧台、咖啡杯、冲茶器、各种小碟等。共计300净水机，采用美的品牌，这种净水器每一天能生产12l纯净水，每一天销售咖啡及其他饮料100至200杯，价格大约在人民币1200元上下。咖啡机，咖啡机选取的是电控半自动咖啡机，咖啡机的报价此刻就应在人民币350元左右，加上另外的附件也不会超过1200元。磨豆机，价格在330―480元之间。冰砂机，价格大约是400元一台，有点要说明的是，最好是买两台，不然夏天也许会不够用。制冰机，从制冰量上来说，一般是要留有富余。款制冰机每一天的制冰量是12kg。价格稍高550元，质量较好，所以能够用很多年，这么算来也是比较合算的。5、首次备货费用包括购买常用物品及低值易耗品，吧台用各种咖啡豆、奶、茶、水果、冰淇淋等的费用。大约1000元6、开业费用开业费用主要包括以下几种。(1)营业执照办理费、登记费、保险费;预计3000元(2)营销广告费用;预计450元7、周转金开业初期，咖啡店要准备必须量的流动资金，主要用于咖啡店开业初期的正常运营。预计2000元共计： 120000+6000+5400+2250+450+600+300+1200+1200+480+400+550+1000+3000+450+2000=145280元第五部分：发展计划1、营业额计划那里的营业额是指咖啡店日常营业收入的多少。在拟定营业额目标时，必须要依据目前市场的状况，再思考到咖啡店的经营方向以及当前的物价情形，予以综合衡量。按照目前流动人口以及人们对咖啡的喜好预计每一天的营业额为400-800，根据淡旺季的不同可能上下浮动2、采购计划依据拟订的商品计划，实际展开采购作业时，为使采购资金得到有效运用以及商品构成达成平衡，务必针对设定的商品资料排定采购计划。透过营业额计划、商品计划与采购计划的确立，我们不难了解，一家咖啡店为了营业目标的达成，同时有效地完成商品构成与灵活地运用采购资金，各项基本的计划是不可或缺的。当一家咖啡店设定了营业计划、商品计划及采购计划之后，即可依照设定的采购金额进行商品的采购。经过进货手续检验、标价之后，即可写在菜单上。之后务必思考的事情，就是如何有效地将这些商品销售出去。3、人员计划为了到达设定的经营目标，经营者务必对人员的任用与工作的分派有一个明确的计划。有效利用人力资源，开展人员培训，都是我们务必思考的。4、经费计划经营经费的分派是管理的重点工作。通常能够将咖啡店经营经费分为人事类费用(薪资、伙食费、奖金等)、设备类费用(修缮费、折旧、租金等)、维持类费用(水电费、消耗品费、事务费、杂费等)和营业类费用(广告宣传费、包装费、营业税等)。还能够依其性质划分成固定费用与变动费用。我们要针对过去的实际业绩设定可能增加的经费幅度。5、财务计划财务计划中的损益计划最能反映全店的经营成果。咖啡店经营者在营运资金的收支上要进行控制，以便做到经营资金合理的调派与运用。总之，以上所列的六项基本计划(营业额、商品采购、销售促进、人员、经费、财务)是咖啡店管理不可或缺的。当然，有一些咖啡店为求管理上更深入，也能够配合工作实际需要制订一些其他辅助性计划。第六部分：市场分析2019-2021年中国咖啡市场经历了高速增长的阶段，在此期间咖啡市场总体销售的复合增长率到达了17%;高速增长的市场为咖啡生产企业带给了广阔的市场空间，国外咖啡生产企业如雀巢、卡夫、ucc等企业纷纷加大了在中国的投资力度，为争取未来中国咖啡市场的领先地位打下了良好的基础。咖啡饮料主要是指速溶咖啡和灌装即饮咖啡两大类咖啡饮品;在速溶咖啡方面，2018-2021年间中国速溶咖啡市场规模年均增长率到达16%，显示出还处于成长阶段的中国速溶咖啡市场的高增长性和投资空间;在灌装即饮咖啡方面，2008-2010年间中国灌装即饮咖啡市场年均增长率也同样到达15%;未来几年，中国咖啡饮料的前景仍将被看好。现今咖啡店主要是以连锁式经营，市场主要被几个集团垄断。但由于几个集团的咖啡店并没有个性主题，很难配合讲求特式的年青人。我们亦有思考到其他饮品店的市场竞争状况，但发现这些类似行业多不是以自助形式经营，亦