boost电源报告

利用经典PID 与FUZZY 控制方式设计BOOST 开关

电源并在MATLAB 进行仿真

一、设计仿真目的：

1、通过学习boost 电路在Simulink 中的仿真，熟悉MATLAB 的应用

2、通过PID 的控制方式及参数调整，更深入了解PID 控制

3、应用新学的FUZZY 控制方式，理解FUZZY 控制的特点，做到学习与应用的结合

4、通过仿真进一步深化对电力电子知识的掌握 二、指标及其要求：

1、输入电压Vin=20V 至95V ；

2、输出电压Vo=100V ，输出电流Io=18A ；

3、纹波Vripple ≤1V ；

4、效率η≥95%；

5、负载调整率≤1%；

6、负载切载率≤5%。

三、 设计仿真步骤与结果分析：

（一）经典PID 控制下的BOOST 的仿真 1、BOOST 主电路参数计算 （1）BOOST 主电路拓扑：

图3-1-1 BOOST 电路拓扑

（2）电感的计算：

2

(1)

(1)2o L o oc V D D i Lf

V D D I Lf -∆=

-=

则

只要Ioc ≤Io 则输出电流处于连续状态，可得电感：

（3）输出滤波电容C 的计算：

取最大纹波0.8V ，计算如下

2、BOOST闭环PID的MATLAB仿真

（1）在Simulink中搭建好BOOST电路的仿真模型，使用开关器件是MOSFET，其开关频率选用50kHz，电感电容分别由上述公式计算得到，电路临界电感为8.23uH，临界电容为360uF。PID闭环如图3-1-2所示。

图3-1-2 BOOST闭环PID模型

（2）BOOST电路闭环PID参数的设计求解过程

I、BOOST电路的PID闭环系统框图如图3-1-3所示。

o

图

图3-1-3 BOOST电路的PID闭环系统框图

其中：G

c

(s) ：补偿校正的传递函数；

G

m

(s) ：三角波的传递函数；

G

vd (s) ：BOOST主电路由MOSFET的输入到输出的传递函数；

H(s) ：反馈回路的传递函数；

G

vs (s) ：BOOST主电路由输入V

in

到输出V

o

的传递函数；

Z：负载阻抗。

3、各传递函数的表达式

（1）在MATLAB仿真中，把输出电压作为反馈输入电压，所以反馈回路的传递函数为：

（2）G

m

(s)：

在MATLAB仿真模型中，选用的三角波幅值为1V，频率为50kHz，则：

（2） G

vd

(s)：

由《精通开关电源》书中的介绍，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：

其中：；

R：负载电阻阻值；

C：是输出滤波电容的容值；

。

此处取L=18uH,C=1mF,R=5.56,D=0.25带入G

vd

(s)公式中：

4设计PID补偿器的传递函数

由上面得出的可得开环传递函数G=G

vd (s)G

m

(s)H(s)，在MATLAB中绘制出开环Bode图

如图4所示：

1

()1

m

m

G s

V

==

2

2

1

(1)

()

(1)(1/)

in

vd

L

s

V LC R

G s

D s s RC

LC

-

=⨯

-++

2

(1)

L

L

D

=

-

o in

o

V V

D

V

-

=

图3-1-4 开环传递函数Bode图

由Bode图可以取得如下参数：

（1）在截止频率处的相位：θ =--21；

（2）去校正后的截止频率fc=(1/5)fs=10kHz，其幅值为Mr=-1.08dB；

根据所取得参数，进行PD补偿：

Gc1=K

1

z

1

S

W

S

Wp

+

+

其中

Wp=2f

π，

Wz=2f

π，

K｜

1

z

1

S

W

Wp

+

+

｜=20

10

Mr

-

, S=W=2π

c

f=6.28×4

10；

解得Gc1=

-5

-6

1.54x10S+0.152

2.49x101

S+

；

PI环节经调整取Gc2=

500

S

S

+

，Gc= Gc1×Gc2。

校正后的Bode图如图5所示：