BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真.pdf

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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I，应有I

2、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：UoDTUoRC可以推出5UoDT1000.2510C50HUoR0.510在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C取500H。3.PID控制器的boost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'sLDUo(1'2)DRGvd(s)2'2LCs(L/R)sD代入数据可得6s20100.75100(1)20.7510Gvd(s)66262201050010s(2010/1

3、0)s0.754133.344.7410s8261.7810s3.5610s1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GMo42.5dB，相位裕度为4017.4，剪切频率为c08.910rad/s。下面进行超前PD校正，使前向通道传递函数满足45。超前PD校正装置传递函数是1aTsGc1(s)k1Ts超前PD校正装置增加的相角为70m0则有1sinma32.31sinm设定超前PD

4、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2f'5得1.2610rad/sc。'令超前PD校正装置mc,校正装置的转折频率为5m1.2610412.21710rad/sa32.3552ma1.261032.37.16110rad/s可以求出115aT4.51110412.21710116T1.39610527.16110得到校正不含增益的校正装置5'1aTs14.51110sGc1(s)61Ts11.39610s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

5、.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'55c1.2610rad/s，在图3.3中找出在频率1.2610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c'不加k校正后系统的幅值大概为L(c)9.4dB，加上k后应该有'L()20lgk0c可以算出k为0.339。所以超前PD校正装置为5'1.5

6、2910s0.339Gc1(s)kGc1(s)61.39610s1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：GM7.51dB相角裕度：465剪切频率：c11.2610rad/s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

7、的传递函数为sGc2(s)s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0.1c1，这里取1000rad/s。得到PI环节为s1000Gc2(s)s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5410s0.2Gc1(s)61.39610s1s1000Gc2(s)s4.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

8、的纹波在75V输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图