CN111399370A - 离网逆变器的人工蜂群pi控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离网逆变器的人工蜂群PI控制方法，包括以下步骤：初始化人工蜂群及其它算法参数；控制和故障判断所需实时数据的采集；对当前食物源进行开采和评估，由人工蜂群中的采蜜蜂在当前食物源进行尝试，根据适应度函数对尝试结果进行优化程度评估，按照择优替代的原则决定是否更新食物源；计算当前食物源选中概率；观察蜂角色转换；当前食物源取舍判断；结束判断，记录当前为止寻找到的最优解；本发明更加适用于离网逆变器控制领域特性，在算法实用性、嵌入软件实现成本等方面更具优势。
Description
技术领域
本发明涉及新能源及电力电子技术领域，特别是一种离网逆变器的人工蜂群PI控制方法。
背景技术
比例积分(PI)控制器，是目前逆变器***最常采用的控制方法。PI控制器有三个重要的控制参数：比例系数Kp、积分系数Ki、微积分阶次参数λ。参数取值是否合适，直接决定了***性能是否稳定可靠。
目前逆变器PI控制参数的选取方式，主要有工程整定法、试凑法和经验法三种，它们都存在过程漫长繁琐的问题。要找到适应多种输入及负载变化的最优参数组合，通常需要花费很长的时间。
人工蜂群算法是模仿自然界里的蜂群行为，通过各人工蜂个体的自动局部寻优，经过不断尝试，对尝试结果进行优劣比较，最终找到全局最优值，其特点是智能高效，计算速度快，具有良好的优化机理和收敛性能。
申请号为201510884746.8的发明专利公开了一种伺服电机分数阶PI控制器的参数整定方法，提出了利用人工蜂群算法求解伺服电机的规范约束条件方程的方法，首先要根据伺服电机特性，列出三个待定参数Kp、Ki、λ的规范约束条件超越方程组，然后根据三个方程确定各自的寻优区间，然后确定出一个复杂的目标函数，然后据此目标函数计算三个待定参数的适应度，然后用一到三维动态区域可变的复杂搜索方法，进行区域内的人工蜂群搜索，重复以上适应度和搜索过程，最后输出方程组最优解；其算法要通过单片机或DSP完成，需要大量代码，实现难度大，占用资源多、耗时长，影响到***的动态响应速度，所以并不适合对主控制器芯片成本和动态响应要求高的逆变器***；虽然都是利用人工蜂群算法进行PI控制参数整定，但针对的领域和解决的目标问题不同，而且无论在算法复杂度、主控制器资源占用，还是实现难易程度和***动态响应速度上都需进一步优化。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种离网逆变器的人工蜂群PI控制方法，本发明可快速获得针对特定逆变器***的良好参数组合，使PI参数的确定过程不再像以往那样费时费力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种离网逆变器的人工蜂群PI控制方法，包括以下步骤：
步骤1、初始化人工蜂群及其它算法参数：包括迭代周期T、采样周期t、PI控制器的Kp、Ki可行解的全局取值范围Range[a,b]，人工蜂群的初始化，包括蜜蜂总数TatalB_No，采蜜蜂HonyB和观察蜂ObsB个数，每个食物源最大迭代计算次数Max_Iter_No，人工蜂群总的最大开采尝试次数Max_Rep_No，蜂群食物源初始尝试条件组Kp、Ki取值，还有其它所需中间变量寄存器的初始化等；Max_Iter_No和Max_Rep_No的大小可根据***PI控制要求和收敛速度灵活设定，控制精度要求越高则值的设定越大，同时收敛速度越慢；
步骤2、控制和故障判断所需实时数据的采集：包括电压、电流、功率管温度等的采集；
步骤3、HonyB对当前食物源进行开采和评估，由人工蜂群中的采蜜蜂在当前食物源(尝试条件组)进行尝试，根据适应度函数对尝试结果进行优化程度评估，按照择优替代的原则决定是否更新食物源；当前适应度高于上次计算值，表明当前食物源质量高(尝试条件较适合)，不用迭代；反之则需要更新替代食物源，以进行新的尝试，直到次数达到Max_Iter_No为止；当前适应度高于上次计算值，表明当前食物源质量高，不用更新；反之则需要更新新源以代替旧源；此处所采用的适应度函数为：
其中e(t)为PI控制器反馈值uout_fbk、iload_fbk分别与参考输入值Uout_fbk、iload_ref之间的偏差；
步骤4、计算当前食物源选中概率：由蜂群中的ObsB，根据选择概率公式求取当前食物源的选中几率；此处所采用的选择概率公式为：
其中，e(ti)和e(ti-1)分别代表本次和上次迭代尝试的PI环反馈值uout_fbk、iload_fbk分别与参考输入值Uout_fbk、iload_ref之间的偏差值；
步骤5、观察蜂角色转换：由ObsB根据步骤4算出的选中概率值，若Prob(i)为1，则ObsB就到跟随的HonyB当前食物源的周围去确定新的食物源(新的尝试条件组)进行开采、评估，以完成ObsB到HonyB的角色转换；为0则等待下一次的选中概率计算；
步骤6、当前食物源取舍判断：如果HonyB的当前食物源经过Max_Iter_No次的开采尝试，均未能产生更优的食物源，则放弃当前食物源，转而在一个新的领域(∈Range[a,b])产生新的食物源，重新开采和评估；
步骤7、结束判断，记录当前为止寻找到的最优解：若蜂群总的开采尝试次数还未达上限Max_Rep_No，则返回步骤2，开始新一轮的循环；若已达上限，则结束算法，将此次循环获得的最优解Kp_u、Ki_u、Kp_i、Kp_i作为PI控制最优条件，依此获得占空比输出给逆变器PWM驱动模块，完成整个控制流程。
本发明的有益效果是：本发明是在常用离网逆变器PI控制器的基础上，按照“蜂群和尝试条件组初始化——电量采集——当前尝试适应度计算——选中概率计算——角色替换判断——当前条件组取舍迭代——输出最优解”的过程完成Kp、Ki的整定；相较于现有技术，本发明将人工蜂群的自动优化与传统的PI计算相结合，可快速获得针对特定逆变器***的良好参数组合，使PI参数的确定过程不再像以往那样费时费力，采用此方法，***能迅速消除动态误差，快速降低调试初期超调量，动态响应速度也大幅提升；本发明相对于现有人工蜂群算法技术而言，更加适用于离网逆变器控制领域特性，在算法实用性、嵌入软件实现成本等方面更具优势。
附图说明
图1为本发明实施例的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种离网逆变器的人工蜂群PI控制方法，以某品牌容量为3KW的离网电压型逆变器为例，其采用FPGA+DSP组成***主控中心，输入电压范围为100～190V，输出电压范围要求在220V±10％以内，采用人工蜂群和电压电流双闭环PI相结合的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、初始化算法参数，迭代周期T设为1ms、采样周期t设为25us、PI控制器的参数可行解空间的全局取值范围分别定为Kp_i[0，0.8]、Kp_u[0，0.8]、Ki_i[0，0.5]、Ki_i[0，0.5]。人工蜂群的蜜蜂总数TatalB_No为48，其中采蜜蜂HonB个数为24，观察蜂ObsB个数为24，四个参数各分配6个采蜜蜂和6个观察蜂。每个源最大迭代计算次数Max_Iter_No为26，人工蜂群总的最大开采尝试次数Max_Rep_No为62，食物源的初始尝试值Kp_u＝0.75，Ki_u＝0.01，Kp_i＝0.7，Ki_i＝0.01；
步骤2、采集控制及故障判断所需实时数据，包括输出电压uout、负载电流iload、直流母线电压Vbus、功率管温度等的采集和反馈；
步骤3、采蜜蜂对当前食物源进行开采和评估，即由人工蜂群中的采蜜蜂在当前食物源(尝试条件组)进行开采尝试，并根据适应度函数对尝试结果进行优化程度评估，按照择优替代的原则决定是否更新食物源：
步骤4、计算当前食物源选中概率，即由蜂群中的观察蜂，根据选择概率公式求取当前食物源的选中几率：
步骤5、观察蜂角色转换：根据步骤4算出的Prob(i)，ObsB选择跟随相应的HonyB，在其周围确定新的尝试条件组进行开采、评估。Prob(i)为1，则观察蜂就到采蜜蜂当前食物源的周围去确定新的食物源(新的尝试条件组)进行开采、评估；为0则等待下一次的选中概率计算；
步骤6、当前食物源取舍判断，当迭代次数未达到上限时，需回到步骤2，由采蜜蜂继续开采尝试和评估。当迭代次数达到上限时，观察蜂算得的选中概率值一直保持为0，说明蜂群已获得最优食物源条件组；
步骤7、记录当前为止人工蜂群算法所寻找到的最优解，将获得的最优解Kp_u、Ki_u、Kp_i、Ki_i输出给PI控制器，产生对应的占空比去驱动逆变桥工作，从而结束整个控制流程。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种离网逆变器的人工蜂群PI控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、初始化人工蜂群及其它算法参数：包括迭代周期T、采样周期t、PI控制器的Kp、Ki可行解的全局取值范围Range[a,b]，人工蜂群的初始化，包括蜜蜂总数TatalB_No，采蜜蜂HonyB和观察蜂ObsB个数，每个食物源最大迭代计算次数Max_Iter_No，人工蜂群总的最大开采尝试次数Max_Rep_No，蜂群食物源初始尝试条件组Kp、Ki的取值；
步骤2、控制和故障判断所需实时数据的采集；
步骤3、HonyB对当前食物源进行开采和评估，由人工蜂群中的采蜜蜂在当前食物源进行尝试，根据适应度函数对尝试结果进行优化程度评估，按照择优替代的原则决定是否更新食物源；如果当前适应度高于上次计算值，表明当前食物源质量高，不用迭代；反之则需要更新替代食物源，以进行新的尝试，直到次数达到Max_Iter_No为止；所述的适应度函数为：
其中e(t)为PI控制器反馈值uout_fbk、i load_fbk分别与参考输入值Uout_fbk、iload_ref之间的偏差；
步骤4、计算当前食物源选中概率：由蜂群中的观察蜂ObsB，根据选择概率公式求取当前食物源的选中几率；所述的选择概率公式为：
其中，e(ti)和e(ti-1)分别代表本次和上次迭代尝试的PI环反馈值uout_fbk、iload_fbk分别与参考输入值Uout_fbk、iload_ref之间的偏差值；
步骤5、观察蜂角色转换：由观察蜂ObsB根据步骤4算出的选中概率值，若Prob(i)为1，则ObsB就到跟随的HonyB当前食物源的周围去确定新的食物源进行开采、评估，以完成ObsB到HonyB的角色转换；若Prob(i)为0则等待下一次的选中概率计算；
步骤6、当前食物源取舍判断：如果HonyB的当前食物源经过Max_Iter_No次的开采尝试，均未能产生更优的食物源，则放弃当前食物源，转而在一个∈Range[a,b]的新的领域产生新的食物源，重新开采和评估；
步骤7、结束判断，记录当前为止寻找到的最优解：若蜂群总的开采尝试次数还未达上限Max_Rep_No，则返回步骤2，开始新一轮的循环；若已达上限，则结束算法，将此次循环获得的最优解Kp_u、Ki_u、Kp_i、Kp_i作为PI控制最优条件，依此获得占空比输出给逆变器PWM驱动模块，完成整个控制流程。
2.根据权利要求1所述的离网逆变器的人工蜂群PI控制方法，其特征在于，在步骤1中，所述每个食物源最大迭代计算次数Max_Iter_No和人工蜂群总的最大开采尝试次数Max_Rep_No的大小根据***PI控制要求和收敛速度进行设定，控制精度要求越高则值的设定越大，同时收敛速度越慢。
3.根据权利要求1所述的离网逆变器的人工蜂群PI控制方法，其特征在于，在步骤2中，采集的数据包括电压、电流和功率管温度。
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| GR01 | Patent grant | ||
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