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1.一種基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，包括Buck變換器，Buck變換器包括Buck主電路與控制電路，主電路結(jié)構(gòu)包含輸入電壓源、開關(guān)管、續(xù)流二極管、電容、電感及電阻，控制電路包含ELM-PID控制器，輸入電壓源正極連接開關(guān)管漏極，開關(guān)管源極與電感一端、續(xù)流二極管負(fù)極連接，電感另一端與電容一端、電阻一端連接，電容另一端、電阻另一端、續(xù)流二極管正極均連接輸入電壓源負(fù)極，ELM-PID控制器連接開關(guān)管柵極；
輸出電壓控制方法包括如下步驟：
步驟一：僅考慮電路工作在電流連續(xù)導(dǎo)通模式下，根據(jù)Buck電路的電壓方程和電流方程，針對變換器的具體工作狀態(tài)分別建立狀態(tài)空間方程；
步驟二：為消除開關(guān)紋波的影響，對狀態(tài)空間方程的狀態(tài)變量在一個開關(guān)周期內(nèi)求平均，并為平均狀態(tài)變量建立平均狀態(tài)空間方程；
步驟三：根據(jù)平均狀態(tài)空間方程，將平均狀態(tài)變量進(jìn)行分解為直流分量與交流小信號分量之和，確定變換器的靜態(tài)工作點(diǎn)，并分析交流小信號在靜態(tài)工作點(diǎn)處的工作狀況，得到Buck變換器的交流小信號狀態(tài)方程與輸出方程；
步驟四：在靜態(tài)工作點(diǎn)處，對交流小信號狀態(tài)方程與輸出方程進(jìn)行線性化處理，得到Buck變換器的解析模型，并求得Buck變換器的傳遞函數(shù)；
步驟五：對Buck變換器的傳遞函數(shù)作雙線性變換，求得系統(tǒng)的差分方程表述，并以此構(gòu)造相應(yīng)的控制器；
步驟六：初始化階段，確定ELM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將采集的Buck變換器的輸入與輸出數(shù)據(jù)作為ELM的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并對采樣所得數(shù)據(jù)歸一化處理，用于ELM的學(xué)習(xí)過程；
步驟七：自適應(yīng)調(diào)整階段，采用增量PID控制算法，確定控制器的性能指標(biāo)函數(shù)，以梯度下降法設(shè)計PID的調(diào)節(jié)算法；
步驟八：在某個時間段設(shè)定電阻負(fù)載擾動，通過ELM調(diào)節(jié)PID參數(shù)，得到穩(wěn)定的電壓輸出；在考慮控制信號受到干擾的情況下，在某個時間段設(shè)定控制端擾動，通過ELM調(diào)節(jié)PID參數(shù)，得到穩(wěn)定的電壓輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟一中，根據(jù)Buck變換器的電壓方程和電流方程，建立狀態(tài)空間方程的方法為：
在每個開關(guān)周期的[0,dTs]時間段內(nèi)，開關(guān)管Q1導(dǎo)通，續(xù)流二極管D1截止時，所述電壓方程與電流方程為：
式中，vL、vC分別為電感和電容兩端的電壓，iin、iL、iC為輸入電流、電感和電容所在的支路電流，vin、vo分別為變換器的電源和輸出部分的電壓，L、 R分別為電感、電容和電阻，d為占空比，
此階段Buck變換器的狀態(tài)空間方程為：
y(t)＝C1x(t)+E1u(t)
其中，狀態(tài)變量x＝[iC(t)?vC(t)]T，輸入u(t)＝vin，輸出y＝[iin?vo]T且
在每個開關(guān)周期[dTs,Ts]時間段內(nèi),開關(guān)管Q1截止，續(xù)流二極管D1導(dǎo)通時，所述電壓方程與電流方程為：
此階段Buck變換器的狀態(tài)空間方程為：
y(t)＝C2x(t)+E2u(t)
式中，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟二中，對狀態(tài)變量在一個開關(guān)周期內(nèi)求平均，并為平均狀態(tài)變量建立平均狀態(tài)空間方程的方法為：
為了濾除Buck變換器各變量中的高頻開關(guān)紋波，使各變量中的直流分量與交流小信號分量間的關(guān)系突顯出來，采取在一個周期內(nèi)求變量平均值，以狀態(tài)方程的形式建立各平均變量間的關(guān)系，建立的平均變量狀態(tài)方程的一般形式為：
式中，平均變量 為平均變量 的導(dǎo)數(shù)， 為常量，
d′＝1-d，T為開關(guān)周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟三中，為了分析交流小信號在靜態(tài)工作點(diǎn)的工作狀況，在計算中將實(shí)際的平均變量等效分解為直流分量與交流紋波分量之和，并求解Buck變換器的交流小信號狀態(tài)方程與輸出方程的方法為：
將平均變量狀態(tài)方程中的 以及含有交流分量的控制量d分解為：
式中，X、Y、U、D分別是與狀態(tài)向量、輸出向量、輸入向量、占空比對應(yīng)的直流分量向量；
則分別是與狀態(tài)向量、輸出向量、輸入向量、占空比相對應(yīng)的交流分量，U和
d是外界輸入，為已知量，
得出Buck變換器狀態(tài)方程與輸出方程的瞬時值表達(dá)式如下：
式中A＝dA1+d′A2，B＝dB1+d′B2，C＝dC1+d′C2，E＝dE1+d′E2，
根據(jù)狀態(tài)方程與輸出方程的瞬時值表達(dá)式中的交流項對應(yīng)相等，得到交流小信號狀態(tài)狀態(tài)方程與輸出方程：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟四中，對交流小信號狀態(tài)方程與輸出方程進(jìn)行線性化處理，得到Buck變換器的解析模型，據(jù)此求得Buck變換器的輸出 對輸入的 傳遞函數(shù)Gvd(s)的方法為：
省略交流小信號狀態(tài)方程與輸出方程中包含小信號的乘積項，求得Buck變換器交流小信號的狀態(tài)方程與輸出方程為：
在各初始狀態(tài)均為零的情況下，對交流小信號的狀態(tài)方程與輸出方程進(jìn)行拉氏變換：
其中，I為單位矩陣，
得到Buck變換器輸出 對輸入變量 的傳遞函數(shù)Gvd(s)為：
式中，s為復(fù)頻率，Vin為實(shí)際輸入電壓， 為輸入電壓中的交流分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟五中，對Buck變換器的傳遞函數(shù)作雙線性變換，求得系統(tǒng)的差分方程表述：
yk+a1yk-1+a2yk-2＝b1dk+b2dk-1+b3dk-3
其中，k為迭代步長，yk為系統(tǒng)第k次迭代的輸出電壓值，dk為PWM第k次迭代的輸出脈沖的占空比，且
T0為采樣
時間；
用函數(shù)關(guān)系f0(yk-2,yk-1)、f1(μk-2,μk-1)對系統(tǒng)的差分方程進(jìn)行簡化，令f0(yk-2,yk-1)＝-(a1yk-1+a2yk-2)，f1(μk-2,μk-1)μk＝b1dk+b2dk-1+b3dk-3，然后以此構(gòu)造相應(yīng)的控制器的方法為：
yk＝f0(yk-2,yk-1)+f1(μk-2,μk-1)μk
式中，μk為第k次迭代時PID輸出的控制量，f0(yk-2,yk-1)、f1(μk-2,μk-1)通過ELM進(jìn)行逼近獲得；
通過ELM分別擬合函數(shù)f0(yk-2,yk-1)、f1(μk-2,μk-1)并等價替換，所設(shè)計的控制器為：
式中， vref為期望的輸出電壓，ΔPID為ELM輸出的PID
修正量，γk+1為系統(tǒng)在k+1次迭代時的擾動， 為ELM激活函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟六中，ELM初始化的方法為：
僅考慮系統(tǒng)在PID控制下，設(shè)定PID的參數(shù)，再結(jié)合Buck電路的傳遞函數(shù)模型的輸入與輸出，在采樣周期為Ts的情況下，將采集的PID輸出的控制量μ與系統(tǒng)輸出y作為ELM的訓(xùn)練樣本，
設(shè)定ELM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為3個輸入節(jié)點(diǎn)、12個隱含層節(jié)點(diǎn)、1個輸出節(jié)點(diǎn)，輸入向量x＝[yk-1,yk-2,μk-1]T，激活函數(shù) 對采樣所得數(shù)據(jù)歸一化處理，用于ELM的學(xué)習(xí)過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟七中，PID參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的方法為：
PID控制部分采用增量式算法，PID輸出增量表示為：
Δμ(k)＝Kp(k-1)xc1(k)+Ki(k-1)xc2(k)+Kd(k-1)xc3(k)
PID控制律為：μ(k)＝μ(k-1)+Δμ(k)
式中，μ為PID輸出的控制量，Kp，Ki，Kd分別為PID比例、積分、微分環(huán)節(jié)參數(shù)，k為迭代步長，且
其中ec為系統(tǒng)偏差信號，vref為期望的輸出電壓，xc1為第k次采樣的偏差信號與k-1次迭代的偏差信號的差值，xc2為第k次采樣的偏差信號，xc3為第k次采樣的偏差信號加上k-2次采樣的偏差信號再減去兩倍的k-1次偏差信號，y為第k次采樣的輸出電壓，
定義控制器性能指標(biāo)函數(shù)為：
在系統(tǒng)運(yùn)行過程中采用梯度下降法分別調(diào)節(jié)PID的比例、積分、微分參數(shù)：
式中，ΔKp、ΔKi、ΔKd分別為PID的比例、積分、微分參數(shù)變化量，η為學(xué)習(xí)速率， 為Buck變換器被控過程中輸出y對PID控制量輸出μ的Jacobian矩陣信息，
的計算方式為：
式中，ym為ELM擬合的Buck電路輸出，ωj為ELM網(wǎng)絡(luò)隱含層第j神經(jīng)元與輸入層各神經(jīng)元的連接權(quán)值，βj為ELM網(wǎng)絡(luò)隱含層第j神經(jīng)元輸出權(quán)值，b為ELM網(wǎng)絡(luò)隱含層閾值，g(x)為ELM激活函數(shù)，ωjm為向量ωj中與輸入u中相對應(yīng)的量，
得到PID的比例、積分、微分參數(shù)的整定公式為：
其中，Kp(k)、Ki(k)、Kd(k)分別代表PID第k次迭代的比例、積分、微分參數(shù)，ΔKp(k)、ΔKi(k)、ΔKd(k)分別為得出的第k次迭代的PID參數(shù)變化量，α＝[α1?α2?α3]為動量項因子，其作用是考慮以前迭代過程中經(jīng)驗(yàn)的積累，加速學(xué)習(xí)過程。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟八中，其在發(fā)生控制端擾動的情況下，設(shè)定其加入干擾值為 并
分析得ELM-PID控制器的控制性能。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ELM-PID的Buck變換器輸出電壓控制方法，其特征在于，步驟八中，其在發(fā)生負(fù)載突變的情況下，設(shè)定其加入干擾值為 并
分析得ELM-PID控制器的控制性能。