数字控制dc-dc变换器的非线性建模与单输入模糊pid控制算法研究标书正文

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1、（一）立项依据与研究内容（4000-8000字）：1．项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）；随着系统芯片(SoC)集成更多的功能且采用更为先进的工艺，并在各种便携式电子产品中得到了广泛应用，这对其中关键部件—电源系统的设计提出了新的挑战。长期以来，传统的模拟控制电源以成本低、电路简单等优点一直占据主导地位，模拟电源管理芯片结合先进的环路控制理论和电路结构，在集成组合调制模式下已达到全负载条件下较高的性能水平。但由

2、于调整困难，仅能提供特定功能，使用接口简单不适合复杂电源系统的整合，并且控制回路补偿不易调整，因此难以满足SoC产品发展中对电源要求逐步提高的苛刻要求。因此基于SoC的数字控制DC-DC变换器管理技术应运而生，数字控制技术具备很多明显的优势：1)可以实现高级的控制算法，以提高电源转换器的稳定性以及动、静态性能；2)利用软件技术或者可编程存储器改变控制器性能，可以让基于数字控制器的系统具备很大的灵活性，设计参数很容易被修改以满足新的要求；3)对器件以及外围变化的鲁棒性好，解决了电路性能受工艺影响漂移大的难题；4)优良的系统管理和系统连接能力，包括执行自我诊断、

3、改变系统设定、以及在现场动态升级和维护系统的能力。此外，数字控制DC-DC变换器可以采用主流CMOS制造工艺，能够有效的与SoC系统进行无缝整合集成，更有助于降低成本和缩小体积。因此利用数字控制DC-DC变换器灵活的调控能力将成为下一代SoC芯片的必然选择。正是由于数字控制DC-DC变换器众多的优越性和不断增加的市场需求，21世纪初国外开始研究数字电源系统。目前在性能上经过众多研究机构多年努力，取得较大进展，但数字控制DC-DC变换器在诸如稳定可靠性、精度以及响应速度方面还不能满足未来信息终端产品的应用需求。下面从建模理论、控制策略的研究现状出发，提出本课题

4、的研究思路：1.1建模理论研究通常来说精确的系统模型是电源设计的基础，有效而精确的建模可有效、透彻地了解的系统工作机理及揭示系统的各元件参数在系统的作用和影响，需要对功率级和反馈控制结构进行精确的建模。而数字控制引入的极限环振荡、时延影响等问题也给电源的设计带来了挑战，已引起设计者的高度重视。实现离散域中数字控制器的设计是数字电源前进的必经之路，由DavidM.VandeSype和KoenDeGusseme等人提出的数字控制的小信号Z域分析在Z域中对Buck变换器方法进行了建模，有了一个很好的开始，但提出的方法具有一定的局限性，模型不能应用到所有种类的DC-

5、DC变换器中[1]。之后出现了由DraganMaksimovic和ReganZane提出的小信号离散建模方法提出的方法可适用于所有DC-DC变换器的建模方法。遗憾的是，方法没有得到实验的对比验证[2]。2004年根特大学K.DeGusseme建立了数字控制DC-DC变换器小信号离散模型，进一步分析其稳态、动态特性[3]；2009年意大利的里雅斯特大学的MarcoMeola和SergioCarrato提出了一种新的DC-DC变换器大信号离散时间模型。该大信号模型能够准确地预测在不同的工作模式下的变换器性能。模型非常适合对数字控制的SMPS进行系统级模拟，避免了

6、费时的混合信号仿真[4]。2004年美国科罗拉多大学的HaoPeng等人建立量化效应模型，对包含量化效应的静态和动态模型进行推导，并解释极限环振荡的起源，发现DC环路增益过大但并不是无限，会产生极限环震荡，而高分辨率DPWM可以改善这一现象[5]，Peterchev,S.R.Sanders于2003年提出了数字控制DC-DC变换器的离散时间建模方法，加入积分项到控制规则中，在一定程度上消除了极限环振荡现象[6]；2005年乌迪内大学W.Stefanutti,D.Trevisan,P.Mattavelli建立了含有PID结构的电压模式控制的变换器模型，使用统计

7、方法对极限环振荡进行预测[7]；2006年加利福利亚大学PeterchevA.V.,SandersS.R.研究了模数转换器（ADC）和数字脉冲宽度调制器（DPWM）的量化误差对DC-DC变换器的影响，并给出了避免极限环发生的三个判断条件[8]；杜克大学Bibian.S已给出了数字控制DC-DC变换器的时延补偿研究，提出了基于线性外插法的预测方法，通过提高控制回路带宽的方式来消除时延影响[9]；同年，伯克利大学Stefanutti.W等分析了时延对数字控制DC-DC变换器的影响，提出了全新的基于变换器状态变量的能量增量的极限环预测方法，减小了极限环振荡的产生概

8、率[10]；2008年乌迪内大学Tedeschi.E