一款快速穩定響應的DSP逆變電源模糊PID控制

引言

由于逆變器傳遞函數不易得到，而且電壓輸出經(jīng)常波動(dòng)，傳統的單純PID控制難以達到快速和穩定的響應，而模糊控制與PID相結合的控制方法，通過(guò)對誤差量的變化實(shí)時(shí)分析，調整PID參數，達到快速響應和無(wú)差跟蹤，可實(shí)現逆變電源的高精度實(shí)時(shí)控制。

模糊控制系統原理

模糊PID控制器以電壓偏差e和偏差變化量ec作為輸入，PID參數模糊自整定是找出PID三個(gè)參數與e和ec之間的模糊關(guān)系，在程序運行中通過(guò)不斷檢測e和ec，根據模糊控制原理對三個(gè)參數進(jìn)行在線(xiàn)修改，以滿(mǎn)足不同e和ec對控制參數的不同要求，從而使被控對象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。其在線(xiàn)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、比例增益系數和微分增益系數。

PID調整控制器

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，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)現數字PID控制，對式(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

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

本文中，各語(yǔ)言變量的擋數均為4擋(零、小、中、大)，因此取整數論域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，