生活与哲学_前言

基于PID和Fuzzy控制电路的BOOST变换器仿真专业：电力电子与电力传动学号：14S053084姓名：目录I目录一、设计要求指标.....................................................................................4二、BOOST电路的主电路与参数..........................................................42.1BOOST主电路的拓扑结构......................................................42.2主电路的参数计算......................................................................52.2.1电感L的计算...................................................................52.2.2输出电容C的计算..........................................................5三、PID控制器的BOOST电路仿真......................................................63.1PID控制器闭环BOOST电路及模型........................................63.2闭环回路模型的确定..................................................................73.3控制系统校正..............................................................................73.3.1超前-滞后校正装置一PID控制.....................................73.3.2超前-滞后校正装置二PID控制...................................123.4满载输出波形............................................................................14四、Fuzzy控制器的BOOST电路仿真.................................................194.1确定输入输出变量和隶属度函数............................................194.2建立规则库................................................................................214.3输出波形....................................................................................22五、切负载与效率...................................................................................245.1Boost电路的切负载特性...........................................................24目录II5.1.1Boost电路的切半载特性................................................245.1.2Boost电路的切空载特性................................................285.2Boost电路的效率.......................................................................32六、总结....................................................................................................33参考文献....................................................................................................34基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第1页一、设计要求指标1.输入电压范围：VV95~202.输出要求：电压V100，电流AIO18max3.纹波：%1PP4.负载调整率：切半载电压调整率小于%1，切空载PP电压调整率小于%15.效率：输入V75时效率%96二、BOOST电路的主电路与参数2.1BOOST主电路的拓扑结构主电路的拓扑结构如图所示。开关器件用的是MOSFET，其开关频率设为kHzfs100。图2.1Boost主电路拓扑图基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第2页2.2主电路的参数计算2.2.1电感L的计算首先确定占空比，根据变比公式DUUio11(2.1)保持VUo100不变，当VUi20时，求出8.0D。当VUi95，求出05.0D。为保持输出电流连续，设电容电流增量为ocI，应有maxoocII，其中2)1(2DDLTUIooc(2.2)可以推出2)1(2DDITULoco(2.3)易知当3/1D时，ocI取得最大值，代入可求出电感值为HL12.4。在仿真中，为了保证电感电流续流，取HL102.2.2输出电容C的计算根据BOOST电路的纹波计算公式RCDTUUoo(2.4)可以推出FUDTIRUDTUCoooo144(2.5)在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，将电容取为基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第3页FC1000。三、PID控制器的BOOST电路仿真3.1PID控制器闭环BOOST电路及模型用PID控制器控制的闭环BOOST电路的原理图如图所示图3.1PID控制的闭环Boost电路原理图闭环电路的控制系统模型如下图所示图3.2PID控制的闭环Boost电路结构图其中，)(sGpid：是PID调节器的传递函数)(sGpwm：是由PID控制器输出到MOSFET控制端的传递函数)(sGvd：是BOOST电路的小信号建模的传递函数)(sGvs：是BOOST电路中由输入iU到输出oU的传递函数基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第4页oZ：是负载的阻抗变化的传递函数3.2闭环回路模型的确定根据相关文献，确定各环节的表达式。（1）)(sGpwm：设三角波的幅值为VUm1则有11)(mpwmUsG(3.1)（2）)(sGvd：在不考虑电路中电感电阻，和电容的内阻的情况下，BOOST主电路由占空比输入到输出电压的传递函数可以表达为：222)/(1)(DsRLLCsRDsLUDsGovd(3.2)其中，oU是主电路的输出电压，DD1，L是电感感抗，R是负载电阻值，C是电容值。3.3控制系统校正3.3.1超前-滞后校正装置一PID控制以下是使用超前-滞后校正的方法确定PID控制器，首先用超前校正进行PD调节，改善输出波形，再根据经验进行PI调节减小静差。使用超前-滞后校正的PID控制器表达式为基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第5页)()()(211sGsGsGccpid(3.3)其中，)()(21sGsGcc、分别为超前校正和滞后校正的传递函数。在输入75V时对系统进行校正，确定控制器结构。（1）未校正时的系统模型当输入是75V时，75.0D，将各量代入得到BOOST主电路的传递函数是5625.010799.110750002398.0)(628ssssGvd(3.4)画出前向通道的Bode图图3.3未校正开环电路Bode图从校正前系统的前向通道传递函数可以看出原系统剪切频率：sradc/1086.840相角裕量：7.150幅值裕量：dBGM5.420基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第6页（2）超前校正确定PD以下进行超前校正，使前向通道传递函数满足45。超前校正装置传递函数是TsaTsksGc11)(1(3.5)超前校正装置增加的相角为650m(3.6)则有35.20sin1sin1mma(3.7)设定超前校正后的剪切频率为kHzffsc2051，可以求出sradc/1026.15。令超前校正装置cm校正装置的转折频率为sradasradamm/10668.5/10786.25241可以求出625110764.1110589.31TaT得到校正不含增益的校正装置ssTsaTssGc65110764.1110589.3111)((3.8)接下来确定系统k的值。用校正装置(3.8)对系统进行校正得到校正后的Bode图为基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第7页图3.4用不含增益的超前校正装置校正的系统Bode图加上校正装置的系统k值后，系统的穿越频率应为设定的频率sradc/1026.15，从图中可以看出在c不加k校正后系统的幅值为dBLc38.7)(，加上k后应该有0lg20)(kLc(3.9)由上式解出0.4276k。由式(3.5)得到超前校正装置为110764.14276.010535.1)(651sssGc(3.10)超前校正后的Bode图是基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第8页图3.5超前校正后的系统Bode图可以看出进行超前校正后剪切频率：sradc/1025.151相角裕量：4.43幅值裕量：dBGM2.8（3）确定PI环节PI调节主要为了减小系统的静差，设PI环节的传递函数为swssGc)(2(3.11)根据经验可知11.0c，这里取31026.1得到PI环节为sssGc321026.1)((3.12)由式（3.3）、（3.10）、(3.12)可知PID调节器的传递函数为)10764.11()1026.1)(1059.31(4276.0)(6351sssssGpid(3.13)基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第9页3.3.2超前-滞后校正装置二PID控制由《电力电子系统建模与控制》书中可知，超前-滞后校正装置二的传递函数为211121111)(ppzzpidsssssksG(3.14)可以看出超前-滞后校正装置二有两个零点三个极点。因为原系统)(sGvd有两个相近的极点sradpp/105.732,10，同时原系统又有零点sradz/103.13510，可将补偿网络)(2sGpid两个零点设计为原始回路)(sGvd两个相近极点频率的8/1，即sradppzz/10375.98122,1011令补偿网络的极点为原系统的零点sradzpp/1013.351011得到校正装置为26-2-42)1s103.195()1s10421.8()(ssGpid(3.15)校正后系统的Bode图为基于PID和Fuzzy的Boost电路仿真第10页图3.6不含增益的超前-滞后校正二校正的系统Bode图从图中看出，剪切频率：sradc/1007.141相角裕量：3.73幅值裕量：d