[发明专利]基于BP神经网络的自适应可重构比例-积分-微分控制器

权利要求书

1.一种基于BP神经网络的自适应可重构比例-积分-微分控制器，其特征在于包括BP神经网络、逻辑运算单元以及可重构控制单元；所述的逻辑运算单元对输出电压进行延迟运算以及加减运算，产生当前周期、前一、二个周期的电压误差以及当前周期的电压误差变化率；所述的可重构控制单元根据输出电压的实时变化状态自适应地切换BP神经网络的PI、PD、PID三种控制方式下的控制参数以实现控制方式的可重构；所述的BP神经网络根据输入电压、电感电流以及电压误差变化率，产生数字占空比以调节输出电压使其稳定于基准电压。

2.根据权利要求1所述的基于BP神经网络的自适应可重构比例-积分-微分控制器，其特征在于所述的可重构控制单元包括存储PI、PD和PID控制参数的查找表LUT、多路选择器以及时序控制模块；所述的时序控制模块根据输出电压的状态变量产生多路选择器的控制信号；所述的查找表LUT存储神经网络的PI、PD和PID控制参数；所述的多路选择器根据控制信号切换BP神经网络的控制参数以实现控制方式重构。

3.根据权利要求1所述的基于BP神经网络的自适应可重构比例-积分-微分控制器，其特征在于所述的BP神经网络采用单隐含层的神经网络，其结构为6-10-1，即输入节点为6个，隐含节点为10个，输出节点为1个，然后用三组数据采用线下训练的方式，通过梯度下降法分别训练神经网络，得到三组权值和偏置，分别代表PI、PD、PID三种控制方式的控制参数，将训练好的三组控制参数存入查询表中备用。

4.一种权利要求1所述的可重构比例-积分-微分控制器的自适应方法，其特征在于：所述控制器状态切换共有6种情况，在PI、PD和PID之间相互切换，其具体的状态切换时序设计如下：

(1)从PI控制切换到PD控制，表示数字电源从稳态进入瞬态，控制器需要切换到PD控制以调节输出电压，使其快速逼近基准电压；此时的触发条件①是

(2)从PD控制切换到PID控制，表示PD控制到达极限，无法继续减小电压误差，控制器需要从PD控制切换到PID控制以消除电压误差，此时的触发条件②是

e_o[k]＝e_o[k-1]≠0

(3)从PID控制切换到PI控制，表示数字电源的瞬态调节完成，进入稳态，控制器仅需PI控制就能维持稳态输出，此时的触发条件③是

e_o[k]＝e_o[k-1]＝0，

(4)从PD控制切换到PI控制，表示数字电源将由瞬态进入稳态，并且在瞬态时，PD控制恰好完全消除了电压误差，输出电压稳定于基准电压；此时触发条件④是

e_o[k]＝e_o[k-1]＝0

(5)从PI控制切换到PID控制，同样表示数字电源从稳态进入瞬态，与PI控制切换到PD控制不同的是，前者扰动较小，仅需要PID控制即可快速地调节完成，而后者通常扰动较大，输出电压偏离基准电压较多，控制器需要先切换到PD控制以使输出电压快速逼近基准电压，然后采用PID消除电压误差；因此从PI控制切换到PID控制的触发条件⑤是

e_oc[k]＜e_oc[k-1]

(6)从PID控制切换到PD控制，表示数字电源的一个扰动调节未完成又来了一个新的扰动，即扰动的叠加；原本在PID控制的调节下，电压误差逐渐减小，突然又来新的扰动，电压误差再次增大，控制器需要从原来的PID控制切换到PD控制以快速减小电压误差，因此触发条件⑥是

{e_o[k]＞e_o[k-1]}||{e_o[k]＝e_o[k-1]≠0}。