Buck變換器的數(shù)字模糊PID控制

摘要：由Buck電路的狀態(tài)空間平均法，可得到其電壓控制下的動態(tài)小信號模型，并應(yīng)用PID實(shí)現(xiàn)其精確控制。為提高控制精度和抗干擾能力，用模糊控制器對PID參數(shù)進(jìn)行實(shí)時整定，給出了仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。關(guān)鍵詞：Buck變換器；狀態(tài)空間平均法；模糊控制；PID控制

1引言

在DC/DC變換器中，電壓反饋控制因具有設(shè)計(jì)分析較簡單、低阻抗功率輸出、負(fù)載調(diào)整率較好等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于DC/DC變換器中。其缺點(diǎn)是任何輸入電壓或輸出負(fù)載的變化必須首先轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化，然后再經(jīng)反饋環(huán)采樣控制調(diào)節(jié)，這意味著動態(tài)反應(yīng)速度慢。輸入電壓變化帶來的問題，一般可采用電壓前饋技術(shù)解決。而要獲得系統(tǒng)的快速性，主要有以下方案可供選擇： 1）引入電流負(fù)反饋；

2）在主電路中增加阻尼極點(diǎn)或補(bǔ)償極點(diǎn)；

3）提高開關(guān)頻率以減小低通濾波器電感或電容

值；

4）采用PID調(diào)節(jié)。

其中唯有4）采用PID調(diào)節(jié)是較為可行的方法[1]。但單純的PID調(diào)節(jié)對于處理DC/DC變換器的非線性等問題不夠理想。模糊控制正好可以彌補(bǔ)這方面的不足。

近年來，隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是DSP芯片價格的下降和速度的提高，DC/DC變換器控制技術(shù)正向著數(shù)字化、智能化控制方向發(fā)展。這是開關(guān)穩(wěn)壓電源高精度控制發(fā)展的必然趨勢，也是21世紀(jì)開關(guān)穩(wěn)壓電源研究的一個重要課題。

考慮到以上各種因素，本文以Buck電路為例，介紹電壓反饋控制模式下,DC/DC變換器系統(tǒng)數(shù)字模糊PID控制的原理、方法與實(shí)現(xiàn)。

2Buck電路動態(tài)小信號分析

考慮實(shí)際電感和電容存在電阻值，設(shè)分別為RL、RC(如圖1所示)。根據(jù)狀態(tài)空間平均法，可得到Buck電路的狀態(tài)平均方程為：=AX＋BUin（1）

Uout=CX（2）式中：X=；

圖1 Buck變換器電路拓?fù)鋱D

圖2Buck變換器開環(huán)控制方框圖

(b)PID控制系統(tǒng)的頻率特性

圖3系統(tǒng)開環(huán)及使用PID控制的頻率特性BODE圖