Boost型DC/DC變換器的預(yù)測無差拍控制器設(shè)計
摘要:為了提升電流模式控制下Boost DC/DC變換器的動態(tài)響應(yīng)速度,采用電流預(yù)測和無差拍控制理論對控制器進行設(shè)計。給出了線性外插的預(yù)測方法和無差拍控制策略,分析了電壓環(huán)路小信號模型并設(shè)計了其控制器。采用前緣調(diào)制的預(yù)測無差拍峰值電流模式控制,電感電流可以在兩個周期內(nèi)調(diào)整到參考量;當(dāng)占空比超過0.5時,變換器不存在次諧波振蕩問題,省去了斜率補償設(shè)計。實驗結(jié)果表明,與經(jīng)典電流模式控制器相比,預(yù)測無差拍控制器在控制電壓上跳變2 V時,能夠縮短約22.6%的調(diào)節(jié)時間;在控制電壓下跳變2 V時,能夠縮短約9.4%的調(diào)節(jié)時間。
關(guān)鍵詞:控制器;電流模式;預(yù)測電流控制;無差拍控制
1 引言
Boost DC/DC變換器的控制問題一直是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點。由于受控對象傳輸函數(shù)的非線性和時變性,傳統(tǒng)的控制方法有時不能達到預(yù)期效果,故需尋找適合Boost DC/DC變換器的先進控制理論,這包括:模型預(yù)測控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、預(yù)測電流控制等。
此處采用無差拍控制思想,結(jié)合線性外插的預(yù)測方法,對Boost DC/DC變換器的電流環(huán)進行優(yōu)化設(shè)計,該設(shè)計簡單可靠,對系統(tǒng)參數(shù)不敏感,便于數(shù)字方式實現(xiàn)。仿真和實驗結(jié)果表明,優(yōu)化后的變換器具有良好的靜、動態(tài)性能。
2 電流模式控制BOOSt DC/DC變換器
Boost DC/DC變換器是一種能夠?qū)崿F(xiàn)升壓的開關(guān)電源。電流模式控制通過對電感電流的控制,提升了環(huán)路響應(yīng)速度。對于理想的電流模式控制,環(huán)路傳輸函數(shù)已經(jīng)不包括電感了,因此也就不再有LC雙重極點,這就簡化了電壓環(huán)的補償設(shè)計。電流模式控制方式中,峰值電流模式以其具有快速的限流作用而得到廣泛應(yīng)用,因此后面的討論均基于峰值電流模式。經(jīng)典的電流模式控制是將電感電流用作脈沖寬度調(diào)制器(PWM器)的斜波輸入,如圖1所示。
其中,d是占空比,V是開關(guān),VD是二極管,i是電感電流,ic是控制電流。反饋電壓通過PI控制器產(chǎn)生ic,與經(jīng)過斜率補償?shù)膇相比較,進行PWM。經(jīng)典的峰值電流模式控制存在次諧波振蕩的問題,這可通過斜率補償解決。要保證補償后的上升斜率大于下降斜率,因此補償斜率為:
經(jīng)典電流控制需要采樣到連續(xù)的電感電流,不便于控制器的數(shù)字方式實現(xiàn);此外,斜率補償會增加控制電流與電感電流之間的誤差,從而降低變換器的動態(tài)性能。
3 電流環(huán)的預(yù)測無差拍控制設(shè)計
預(yù)測無差拍控制作為一種離散控制理論,是指通過已知狀態(tài)信息計算出下一時刻控制量,并在數(shù)個時鐘周期內(nèi)讓目標達到控制量的一類控制方法。由于占空比的計算需使用下個周期的電流和電壓狀態(tài)信息,所以必須對它們進行預(yù)測。
評論