3 遗传算法控制参数优化设计
为了使PFC电路有较好的稳定性和动态性能,必须对电流环和电压环进行反馈综合,通过适当的补偿网络,合理配置零极点,改善电路特性。
电流环反馈补偿网络采用如图2所示的单零点双极点网络。
则电流环的开环传递函数为:
其中:RS为电流采样电阻,VO为输出电压,为主电路电感,△V为PWM控制器三角波峰峰值,为切换频率
选择设计变量为X=[x1,x2,x3,x4]=[RCI,CCP,RCZ,CCZ],则可求出电流环的开环传递函数与设计变量之间的关系式:
采用C语言编写程序,并用SIMULINK进行仿真。
待优化控制参数为X=[x1,x2,x3,x4]=[RCI,CCP,RCZ,CCZ],属于多参数优化问题。将各参数分别用10位格雷码表示,并将其首尾串联,形成40位的染色体串。初始种群X=[x1,x2,x3,x4]=[RCI,CCP,RCZ,CCZ]初始值以上一节初步设计各参量的取值X*为中心,在一定范围内向两边取值即X0=X*×(1士δ),取δ=0.3。
种群规模:N=31;最大迭代次数:Gmax=400;每次遗传操作后保留一个最优个体;
遗传算子系数取为:
a=0.6,b=0.2,c=0.2,d=0.19,即:PC=a+bT=0.6+0.2T,PM=c-dT=0.2-0.19T。
采用大变异策略PC,PM的变化范围为0.6~0.8和0.01~0.2。
将系统在单位阶跃函数下的、电流环传递函数TI(s)的开环穿越频率WCI结合,分别取一定权值作为评价函数,但因为遗传算法只针对最大值且不能为负,所以适应度函数取为其倒数:
其中,k1、k2分别为两个评价因子的权,优化过程中取为0.5。
因为采用连续参数编码,而实际工程中元件参数是标准化参数,在优化过程中,采用动态规划思想进行分部设计。即:
首先,对四个参数进行编码并优化,将得出的最优值与标准参数对比,选取最接近标准参数或由最多两个标准元件串联(或并联)能够得到的一个参数值,将其确定。然后,对剩下的三个参数重新编码、寻优、确定第二个参数。以此类推,直至四个参数全部确定。
4 实验结果分析
我们应用本文提出的改进的遗传算法(Modified Genet-ic Algorithms简称MGA)进行了参数优化,其结果和频域初步设计结果对比及两组参数下电流环暂态响应性能指标分别如表1、表2所示:
分别应用两组参数阶越响应进行仿真,仿真结果比较如图4:
由图4可以明显地看出超调量减小,过渡时间缩短,控制系统的时域性能指标有很大改善。仿真结果说明了优化参数的有效性与优越性。