带恒功率负载的buck变换器的稳定性分析和最优PID控制器设计.pdf

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1、《电气开关>(2010．No．6)19文章编号：1004—289X(2010)O6—0019—03带恒功率负载的buck变换器的稳定性分析和最优PID控制器设计任世涛，刘历良，沈润夏(广西大学电气工程学院，广西南宁530004)摘要：建立带恒功率负载的buck变换器模型，针对该模型采用DP算法分析变换器的PID控制器的稳定性空间，得出PID控制稳定域。采用ITAE性能指标为目标函数，在PID稳定域内寻找最优控制参数，得出PID控制器。并通过仿真对其控制效果进行验证。结果表明：该PID控制器和传统方法整定的PID控制比较，有良好的动态和稳定性能，有一定的应用价值。关键词：b

2、uck变换器；恒功率负载；稳定域；最优PID中图分类号：TM571文献标识码：BTheStabilityAnalysisofBuckConverterwithConstantPowerLoadandOptimalPIDControllerDesignRENShi—tao，LIULi—liang，SHENRun—xia(CollegeofElectricalEngineering，GuangxiUniversity，Guangxi530004，China)Abstract：Thebuckconvertermodelwithconstantpowerloadisbuilt．F

3、orthemodel，usethestabilityspaceofPIDcon—trollerofDPalgorithmicanalysisconvertertogetPIDcontrolstableregion．UseITAEPerformanceindextobe0bjectivefunctions，whichsearchesforoptimalcontrolparametersinPIDstableregiontogetPIDcontroller．Thecontrolresulthasbeenverifiedbysimulation．Theresultshowsth

4、ePIDcontroller，comparedwithPIDcontrolofthetraditionalmethod，hasfinedynamicandstableperformanceandsomeapplicationvalue．Keywords：buckconverter；constantpowerload；stableregion；optimalPID证功率恒定不变。恒功率特性表现为系统的负阻抗特1引言性，即阻抗的瞬时值是正值(u／i>O)，但是系统阻抗的恒功率负载(CPL—ConstantPowerLoad)⋯，是指增量是负值(du／di<0)。在系统运行期间

5、从电源吸收的功率基本保持恒定的一现阶段国内的研究对象大部分是恒电压为负载的类负载，如果不考虑耗散损失的能量，其输出功率等于DC／DC变换器，针对带恒功率负载的DC／DC变换器的输入功率。随着分布式电源系统在航空航天、汽车系控制分析方法也有部分研究，如精确线性控制J、负载统等领域的广泛应用，恒功率负载在系统中的比例越动态性能分析等，这些方法计算比较麻烦，实际工程来越大。比如匀速电机、制动器以及电力电子变换器应用性不强。本文提出应用DP算法来分析恒功率负都表现为恒功率特性。据研究，在未来多电飞机高压载的buck变换器的PID控制稳定域，然后用ITAE的最直流配电系统中，75％

6、的负载是恒功率负载2J。恒功优方法来确定PID参数，使系统有好的输出特性。率负载特性表现为负载的功率P=U／是恒定的，即U2带恒功率负载的BUCK变换器模型和，其中任何一项变化另外一项都会随着变化，以保带恒功率负载和电阻性负载的变换器模型，如图基金项目：2009广西研究生教育创新计划项目(105930903086)1所示。<电气开关>(2010．No．6)本文采用DP法作为计算方法来得到PID控制器参数的稳定域，确保闭环反馈系统的稳定性。设定P被控对象为G(S)=G(jto)=0(to)+jb(to)，系统开环频率特性为：图1带恒功率负载和恒电压负载的buck变换器(jt

7、o)=G(jto)G(jto)=P+(5)则理想情况下其状态空间方程为J：当要求系统闭环稳定时，则(jto)=P+jk=一1(6)f警=令jto(P+jk)／c(jto)=R()+jI(∞)，整理为：{【d“。1．Ⅱ。P()一KD+r(P+I—R()-jI()=0(7)——J化简式(7)，可得：其中，d∈{0，1{为开关量；L为电感；C为电容；KP=，(tO)／tO，KI=R(tO)+KD(8)为电感电流；“。为电容电压，即为输出电压；／,tin为输入则计算确定稳定域步骤为：电压；R为负载电阻，P为恒功率负载的功率。①给定％，