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研究生: 林俊緯
Chun-Wei Lin
論文名稱: 使用粒子群演算法之數位同步整流返馳式轉換器PID參數最佳化技術
PID Parameter Tuning for Synchronous Flyback Converter Using Particle Swarm Optimization
指導教授: 劉益華
Yi-Hua Liu
口試委員: 劉益華
Yi-Hua Liu
楊宗銘
Chung-Ming Young
王順忠
Shun-Chung Wang
鄧人豪
Jen-Hao Teng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 82
中文關鍵詞: 比例積分微分控制器同步整流返馳式轉換器粒子群演算法
外文關鍵詞: Proportional-integral-derivative(PID), Synchronous flyback converter,, Particle swarm optimization (PSO)
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  • 比例積分微分(PID)控制器已被廣泛應用於交換式電源供應器控
    制,而控制器的參數對控制器的性能表現有很大的影響,儘管已經有
    簡單且被廣泛應用的控制器參數調整法,但有效的參數調整方法一直
    是業界應用時的重要議題。
    本文呈現粒子群最佳化(PSO)調整PID 控制器參數之技術,粒子
    群演算法用來取得電壓控制模式同步整流返馳式轉換器之最佳PID
    控制器參數。首先利用Simulink 建立模擬電路模型,再透過粒子群演
    算法來決定模型之控制器參數。經模擬及最佳化後之PID 控制器利用
    微處理器TMS320F28335 來實現,其表現將根據輸出電壓及輸入電壓
    的變動量來探討,最佳化參數之控制器表現性能並與一般控制器調整
    方法比較。根據實驗結果顯示,相較於Z-N 調整法和頻域補償調整
    法,本文所使用的調整技術在安定時間方面可分別改善61.8%和
    71.83%,在最大超越量部分可分別改善87.6%和68.9%。


    Proportional-integral-derivative (PID) controllers have been widely
    used in many applications including switching power supplies. Despite the
    simplicity and wide usage of these controllers, tuning of these controller
    parameters remains one of the major problem in the research field since
    these parameters have a great influence on the controller’s performance.
    In this thesis, a particle swarm optimization (PSO)-based parameter
    tuning approach is presented. The PSO algorithm was used to obtain
    optimal PID controller parameters for a voltage mode synchronous flyback
    converter. Firstly, the simulation model of the converter was constructed
    using Simulink and the controller parameters were optimized via PSO
    algorithm. Following the simulation and optimization, the obtained
    controller was implemented utilizing a digital controller TMS320F28335,
    and the performance of the controller was analyzed according to output
    voltage regulation under load and input voltage variations. The
    performance of the optimized controller was then compared with the
    classical parameter tuning method. Comparing with ZN-tuning method and
    frequency domain method, the settling time of the proposed techniques can
    be improved by 61.8 % and 71.83 % and the overshoot obtained can be
    improved by 87.6% and 68.9% respectively according to the experimental
    results.

    摘要 ..................................................................................................... I Abstract .............................................................................................. II 誌謝 ................................................................................................... III 目錄 .................................................................................................. VI 圖目錄 ............................................................................................ VIII 表目錄 ................................................................................................ X 第一章 緒論 ...................................................................................... 1 1.1 研究背景與動機 ................................................................. 1 1.2 文獻探討 ............................................................................. 1 1.3 研究目的 ............................................................................. 2 1.4 論文大綱 ............................................................................. 4 第二章 比例積分微分控制器參數最佳化技術介紹 ...................... 5 2.1 比例積分微分控制器簡介 ................................................. 5 2.2 數位比例積分微分控制式 ................................................. 6 2.3 PID 參數調整方式簡介 ....................................................... 8 2.3.1 Ziegler-Nichols PID 參數調整法 ..................................... 8 2.3.2 基因演算法 ..................................................................... 11 2.3.3 杜鵑鳥演算法 ................................................................ 15 2.3.4 蟻群演算法 .................................................................... 16 第三章 數位同步整流返馳式轉換器硬體架構 ............................ 19 3.1 返馳式轉換器之特性 ....................................................... 20 3.2 返馳式轉換器電路動作原理 ........................................... 20 3.3 返馳式轉換器連續導通模式分析 ................................... 21 3.4 同步整流返馳式轉換器基本工作原理 ........................... 26 3.4.1 同步整流返馳式轉換器連續導通模式 ......................... 27 3.5 返馳式轉換器元件設計 ................................................... 29 3.5.1 返馳式轉換器之變壓器設計 ........................................ 32 3.5.2 功率電晶體之設計 ........................................................ 34 3.5.3 橋式整流的選擇 ............................................................. 35 第四章 數位同步整流返馳式轉換器之韌體架構 ........................ 36 4.1 數位訊號處理器簡介 ....................................................... 36 4.2 本文所使用之粒子群演算法簡介 ................................... 39 4.2.1 粒子群演算法之原理 .................................................... 40 4.2.2 粒子群演算法之程式流程 ............................................ 41 4.3 電路架構結合粒子群演算法最佳化之實現 .................... 44 4.3.1 硬體架構模擬 ................................................................ 44 4.3.2 電路最佳化之問題 ........................................................ 45 4.3.3 以粒子群演算法求解電路最佳化 ................................. 46 第五章 實驗結果與分析 ................................................................ 49 5.1 實驗設備與環境介紹 ........................................................ 49 5.2 最佳化方法之模擬比較 .................................................... 50 5.3 最佳化方法之實測波形 .................................................... 57 第六章 結論與未來展望 ................................................................ 65 6.1 結論 ................................................................................... 65 6.2 未來展望 ........................................................................... 66 參考文獻........................................................................................... 67

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    無法下載圖示 全文公開日期 2024/07/08 (校內網路)
    全文公開日期 2029/07/08 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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