一款快速穩(wěn)定響應(yīng)的DSP逆變電源模糊PID控制

引言

由于逆變器傳遞函數(shù)不易得到，而且電壓輸出經(jīng)常波動(dòng)，傳統(tǒng)的單純PID控制難以達(dá)到快速和穩(wěn)定的響應(yīng)，而模糊控制與PID相結(jié)合的控制方法，通過(guò)對(duì)誤差量的變化實(shí)時(shí)分析，調(diào)整PID參數(shù)，達(dá)到快速響應(yīng)和無(wú)差跟蹤，可實(shí)現(xiàn)逆變電源的高精度實(shí)時(shí)控制。

模糊控制系統(tǒng)原理

模糊PID控制器以電壓偏差e和偏差變化量ec作為輸入，PID參數(shù)模糊自整定是找出PID三個(gè)參數(shù)與e和ec之間的模糊關(guān)系，在程序運(yùn)行中通過(guò)不斷檢測(cè)e和ec，根據(jù)模糊控制原理對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿(mǎn)足不同e和ec對(duì)控制參數(shù)的不同要求，從而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。其在線自校正工作流程如圖1所示。

圖中：ki、kp、kd分別為積分增益系數(shù)、比例增益系數(shù)和微分增益系數(shù)。

PID調(diào)整控制器

圖1中r為給定參考電壓，u是逆變器實(shí)際輸出電壓，e是偏差信號(hào)，ec是偏差變化率。模擬形式的PID控制算式為：

本文采用TMSLF2407實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID控制，對(duì)式(1)進(jìn)行離散化，可得到式(2)PID控制的離散形式，為了增加系統(tǒng)的可靠性，采用增量式PID控制算式，式(2)為第k次PID控制器的輸出量，減去第k-1次PID控制器的輸出量即可得到式(3)增量式PID控制算式。

模糊PID的實(shí)現(xiàn)

DC轅AC逆變電源控制的主要是輸出電壓及頻率的準(zhǔn)確性。頻率的準(zhǔn)確性由PWM發(fā)生器決定(它是一個(gè)存貯在存儲(chǔ)器內(nèi)的一個(gè)正弦輸出表格)，只要觸發(fā)計(jì)算準(zhǔn)確就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。負(fù)載的變化使輸出電流產(chǎn)生變化，對(duì)于一定脈寬輸出的DC轅AC電源來(lái)說(shuō)，勢(shì)必導(dǎo)致輸出電壓的變化。因此采用模糊控制規(guī)則根據(jù)不同的渣e渣和渣ec渣，對(duì)PID控制器的參數(shù)kp、ki、kd進(jìn)行在線自整定來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。模糊控制器的輸入變量是偏差絕對(duì)值渣E渣、偏差變化率絕對(duì)值渣EC渣，模糊控制器的輸出是PID控制器的比例增益系數(shù)KP、積分增益系數(shù)KI和微分增益系數(shù)KD。本文采用CRI(CompositionalRuleofInference)推理法設(shè)計(jì)模糊規(guī)則，為了在實(shí)時(shí)控制中避免關(guān)系矩陣的合成運(yùn)算，先在脫機(jī)狀態(tài)下把所有可能的輸入和輸出情況計(jì)算出來(lái)，形成一張控制表去執(zhí)行控制，控制表是以整數(shù)形式表示的，為了能產(chǎn)生控制表，在CRI推理法中把語(yǔ)言變量的論域轉(zhuǎn)換成有限整數(shù)的論域，本質(zhì)上是把連續(xù)論域離散后產(chǎn)生離散論域。采用式(5)可以將連續(xù)域離散化到整數(shù)論域N。

本文中，各語(yǔ)言變量的擋數(shù)均為4擋(零、小、中、大)，因此取整數(shù)論域N為{0，1，2，3，4，5，6}。此時(shí)，如圖2所示，可取語(yǔ)言變量值4擋如下：

大(L)———取在5、6附近

中(M)———取在3、4附近

小(S)———取在1、2附近

零(Z)———取在0附近

在本文中利用CRI法推理時(shí)，控制過(guò)程是用查控制表來(lái)產(chǎn)生控制量的，在控制表中，模糊偏差量渣E渣、模糊偏差變化率渣EC渣，