BOOST.电路pid和fuzzy闭环控制仿真

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1、-_1.设计要求（1）输入电压范围为50-98V，输出电压为100V，额定负载下输入电流20A；（2）纹波（峰峰值）不超过1%；（3）在75V输入条件下效率大于96%。2.boost电路拓扑和各参数值电感参数计算：选定输入电压为75V来计算各参数，此时稳态占空比为0.25，输出电压为100V，开关频率为100KHz。为保持输出电流连续，设电容电流增量为，应有<，其中代入可求得电感值为。在仿真中，为了保证电感电流续流，我们取。电容参数计算：电容的选择主要是考虑纹波小于1%，即1V，根据boost电路的纹波计算公式：可以推出在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C取。-_2.PID控制器的bo

2、ost电路仿真用PID控制器控制的闭环boost电路的原理图如图3.1所示图3.1PID控制的闭环boost电路原理图经过小信号建模可得开环传递函数为代入数据可得在matlab中输入下面的程序作出bode图3.2num=[-4.74e-4133.34];den=[1.78e-83.56e-61];margin(num,den);-_图3.2开环系统bode图由图可知，系统的幅值裕度为，相位裕度为，剪切频率为。下面进行超前PD校正，使前向通道传递函数满足。超前PD校正装置传递函数是超前PD校正装置增加的相角为则有设定超前PD校正后的剪切频率为1/5的开关频率，即剪切频率为20kHz，再由公式-_

3、得。令超前PD校正装置,校正装置的转折频率为可以求出得到校正不含增益的校正装置现在算增益K值，用上式校正装置对系统进行校正，程序如下：num=conv([4.511e-51],[-4.74e-4133.34]);den=conv([1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]);margin(num,den);运行程序得到bode图如图3.3所示：-_图3.3用不含增益的超前PD校正装置校正的系统bode图加上校正装置的系统k值后，系统的穿越频率应为设定的频率，在图3.3中找出在频率处的幅值，由于在图中1.26不好选定，就选出一个大致的1.17来参考，可以看出在不加k校正后系统的幅

4、值大概为，加上k后应该有可以算出k为0.339。所以超前PD校正装置为在matlab中运行下面程序看经过超前校正后的bode图3.4：num=conv([1.529e-50.339],[-4.74e-4133.34]);den=conv([1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]);margin(num,den);-_图3.4超前校正后系统的bode图可以看出进行超前校正后幅值裕度：相角裕度：剪切频率：经验证，超前PD校正为有差校正，稳态后并非达到100V，为了减小系统的静差，增加PI校正环节。PI环节的传递函数为由于PD校正已经将系统校正为稳态系统，故PI校正不应影响到系统中

5、的中高频特性，因此PI校正主要对系统低频起作用，根据经验可知，这里取。得到PI环节为-_最后根据实际仿真波形对PD,PI各环节参数进行微调，最后确定4.系统仿真Matlab系统仿真图如图4.1所示图4.1matlab系统仿真图-_在50V输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图4.2图4.2（a）50V输入电压下系统的输出图4.2(b)50V输入电压下输出的纹波-_在75V输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图4.3图4.3（a）75V输入电压下系统的输出图4.3（b）75V输入电压下输出的纹波-_在98V输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图4.4。图4.4（a）98V输入电压下系统的输出图4

6、.4（b）98V输入电压下输出的纹波上面这几个图能看出，输入电压变化时，波形很稳定，三个波形都差不多，超调大概在10%左右，稍微有点大，纹波比较小，在0.1V以内。-_5.fuzzy控制器的boost电路仿真用fuzzy控制器控制的boost闭环电路图如图5.1所示。图5.1fuzzy控制器控制的闭环boost电路原理图本系统的模糊控制器采用二输入-一输出，变量的模糊集论域都选择为[-1,1]，采用常用的三角形隶属度函数。在matlab中建立fuzzy文件，两输入分别为误差E和误差变化量EC。图5.2matlab建立fuzzy文件-_对于输入和输出量都分别用NB,NM,NS,Z,PS,PM,P

7、B七个变量来描述，各个变量的隶属度函数如图5.3所示。图5.3（a）输入变量E的隶属度函数图5.3（b）输入变量EC的隶属度函数图5.3（c）输出变量的隶属度函数-_接着根据专家经验和系统的偏差类型确定规则库，规则库设计如表1所示表1fuzzy控制器的规则库ECENBNMNSZPSPMPBNBNBNBNBNMNMNSZNMNBNBNBNMNSZPSNSNBNMNMNSZPSPMZENBNSNSZP