buck变换器的数字模糊pid控制

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1、Buck变换器的数字模糊PID控制

2、第1内容加载中...500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">D为占空比。式（3）即为Buck电路动态小信号状态平均方程,将式（3）转换到s域并解之，可得到电压反馈控制下动态小信号模型的传递函数：500)this.style.ouseg(this)">3模糊PID控制实现由式（4）可知，电压反馈控制为二阶系统，而二阶系统是一个有条件的稳定系统，只有对控制电路进行精心设计和计算，满足一定条件，才能使闭环系统稳定工作。考虑到输入电压变化量500)this.style

3、.ouseg(this)">和占空比变化量500)this.style.ouseg(this)">均对输出500)this.style.ouseg(this)">有影响，变换器系统的开环控制框图如图2所示。500)this.style.ouseg(this)">图中N(s)为变换器输出对d(s)而言的系统开环传递函数，G1(s)可由（4）得出：500)this.style.ouseg(this)">在电压负反馈控制中，如果引入输入电压前馈校正控制环，就能消除输入电压波动对系统的干扰，进而很好地改善系统的控制性能。为进一步提高控制性能与精度，控制电路采用具有微分和积分

4、控制作用的数字PID控制。PID控制器中微分控制能预测事物的变化趋势，可以补偿由低通滤波器引起的时间滞后；积分控制能消除系统静态误差。从而采用PID控制，能增加系统的快速性和有效抑制超调，使系统动态性能和控制精度得以改善。由系统的BODE图（图3）可以看出，系统开环的频率特性较差，采用PID控制后，不仅改善了系统的相角裕度，同时也降低了系统在低频时的增益。应用模糊控制对PID参数Kp、Ki、Kd实时地进行整定，则能改善PID的控制性能、自调整能力，从而可提高整个系统的控制精度和抗干扰能力。500)this.style.ouseg(this)">500)this.st

5、yle.ouseg(this)">3.1控制电路设计系统的闭环控制框图如图4所示。取输出电压的误差和微分量，送入模糊控制器和PID控制器，由模糊控制器根据输入控制量偏差实时给出PID的参数，再由PID控制器给出控制信号，从而实现对变换器的精确控制。取输入电压的误差送入系统前馈校正电路中，输出补偿量加入到模糊PID控制输出量，和500)this.style.ouseg(this)">一起组成变换器的占空比控制量d。500)this.style.ouseg(this)">图中：Uref2、Uref1分别为输入和输出参考电压；500)this.style.ouseg(th

6、is)">采用上一周期的输出占空比值，而不用静态值D，这样可确保系统的平滑性和稳定性；M(s)为模糊PID控制器的传递函数；G2(s)为前馈补偿函数。3.2PID参数的整定对于线性系统，PID参数的整定方法有多种，如：1）ZieglerNichols频率响应法[2]；2）Cohencoon响应曲线法[3]；3）基于积分平方准则ISE整定法[4]；4）极点配置法；5)根轨迹法；6)工程整定法等等。实际上，DC/DC变换器为一非线性系统，而PID控制只适用于线性系统或有限范围波动的非线性系统，用一组事先整定好的PID参数，难以达到很好的控制效果，故其适用范围有限。为

7、提高PID控制系统的控制性能和适用范围，必须根据偏差实时地改变Kp、Ki、Kd这三个参数，即实时调节PID控制器的增益。其控制框图如图5所示。首先可由DC/DC变换器静态模型，依据上述线性PID参数整定法，得到较优的500)this.style.ouseg(this)">静态PID参数值。模糊控制器依据偏差对应每一量化等级，都可得到相对应范围内较优的500)this.style.ouseg(this)">瞬时值。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">一般来说Kp′在偏差e绝对值较小时取较小值，

8、反之取较大值，这样有利于加快响应速度，同时保证有很好的稳定性；Ki′在偏差e绝对值较小时取较大值，反之取较小值，这样既有利于保证稳态无静差，又不会引起积分饱和而使超调增大、调节时间延长；微分系数Kd′在偏差e的绝对值较小时取较大值，反之取较小值，这样有利于加快对小偏差的反应速度，提高控制器对干扰的灵敏度，在出现干扰时可及时调节。4仿真及实验结果本控制系统实验采用TMS320F240型DSP，输入交流电压为110～250V，输出为直流10V，频率为60kHz，L=120μH，C=960μF,带电阻性负载。应用PSPICE对本系统进行了仿真，仿真结果如下图6所示。实