Buck變換器的數字模糊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(dòng)態(tài)小信號模型，并應用PID實(shí)現其精確控制。為提高控制精度和抗干擾能力，用模糊控制器對PID參數進(jìn)行實(shí)時(shí)整定，給出了仿真與實(shí)驗結果及結論。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計分析較簡(jiǎn)單、低阻抗功率輸出、負載調整率較好等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應用于DC/DC變換器中。其缺點(diǎn)是任何輸入電壓或輸出負載的變化必須首先轉化為輸出電壓的變化，然后再經(jīng)反饋環(huán)采樣控制調節，這意味著(zhù)動(dòng)態(tài)反應速度慢。輸入電壓變化帶來(lái)的問(wèn)題，一般可采用電壓前饋技術(shù)解決。而要獲得系統的快速性，主要有以下方案可供選擇： 1）引入電流負反饋；

2）在主電路中增加阻尼極點(diǎn)或補償極點(diǎn)；

3）提高開(kāi)關(guān)頻率以減小低通濾波器電感或電容

值；

4）采用PID調節。

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

近年來(lái)，隨著(zhù)芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是DSP芯片價(jià)格的下降和速度的提高，DC/DC變換器控制技術(shù)正向著(zhù)數字化、智能化控制方向發(fā)展。這是開(kāi)關(guān)穩壓電源高精度控制發(fā)展的必然趨勢，也是21世紀開(kāi)關(guān)穩壓電源研究的一個(gè)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變換器系統數字模糊PID控制的原理、方法與實(shí)現。

2Buck電路動(dòng)態(tài)小信號分析

考慮實(shí)際電感和電容存在電阻值，設分別為RL、RC(如圖1所示)。根據狀態(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變換器電路拓撲圖

圖2Buck變換器開(kāi)環(huán)控制方框圖

(b)PID控制系統的頻率特性

圖3系統開(kāi)環(huán)及使用PID控制的頻率特性BODE圖