BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真

精心整理1.设计要求

(1)输入电压范围为50-98V，输出电压为100V,额定负载下输入电流20A

(2)纹波(峰峰值)不超过1%

(3)在75V输入条件下效率大于96%

2.boost电路拓扑和各参数值

电感参数计算：选定输入电压为75V来计算各参数，此时稳态占空比为0.25，输

出电压为100V,开关频率为100KHZ

为保持输出电流连续，设电容电流增量为I oc丄应有［ocjomax，其中

代入可求得电感值为"兽。遍。.75—3.52闭。在仿真中’为了保证电感电流续流，我们取L =20阳。

电容参数计算：电容的选择主要是考虑纹波小于1%即1V，根据boost电路的

纹波计算公式: 可以推出

在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C取500阳。

3.PID控制器的boost电路仿真

用PID控制器控制的闭环boost电路的原理图如图3.1所示

闭环boost 电路原理图

经过小信号建模可得开环传递函数为 代入数据可得

在matlab 中输入下面的程序作出 bode 图3.2 .

num 二[-4.74e-4133.34]; den 二[1.78e-83.56e-61];

marg in(nu m,de n);

—

I

图3.2开环系统bode 图

由图可知，系统的幅值裕度为GMo=T2.5dB ，相位裕度为％=-17.4°，剪切频率为

4

豹 co = 8・9 X 10 rad / s 。

F 面进行超前PD 校正，使前向通道传递函数满足Y >45 :

超前PD 校正装置传递函数是

超前PD 校正装置增加的相角为 则有 设定超前PD 校正后的剪切频率为1/5的开关频率，

bode

%rK5 KLC Unamzhl

-1=0— Vo

ReldKTj al

OpefBlc

Saturation

FID Cort —RD{S) •

R

护迫函 ffl

图3.1 PID 控制的

hosfe ^

-- —nyytp-*

X

&erte £ RLC

即剪切频率为20kHz,再由公式得《c =1.26x105rad /s

。

令超前PD校正装置⑷m=B c,校正装置的转折频率为

可以求出得到校正不含增益的校正装置现在算增益K值，用上式校正装置对系统进行校正，程序如下:

num二co nv([4.511e-51],[-4.74e-4133.34]);

den二co nv([1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]);

marg in(nu m,de n);

运行程序得到I bode图如图3.3所示:

I

图3.3用不含增益的超前PD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叽=1.26X105rad /S，

在图3.3中找出在频率1.26勺05处的幅值，由于在图中1.26不好选定，就选出一个大致的1.17来参考，可以看出在纵不加k校正后系统的幅值大概为L（轨）=9.4dB，加上

k后应该有

可以算出k为0.339。

所以超前PD 校正装置为

在matlab 中运行下面程序看经过超前校正后的 bode 图3.4： num 二co nv([1.529e-50.339],[-4.74e-4133.34]);

den 二 co nv([1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]);

marg in(nu m,de n);

图3.4超前校正后系统的bode 图

可以看出进行超前校正后

相角裕度:

经验证，超前PD 校正为有差校正，稳态后并非达到100V,为了减小系统的静差，增 加PI 校正环节。

PI 环节的传递函数为

由于PD 校正已经将系统校正为稳态系统，故 PI 校正不应影响到系统中的中高频 特性，因此 PI 校正主要对系统低频起作用，根据经验可知

©=1000rad/s 。得到PI 环节为

最后根据实际仿真波形对PD,PI 各环节参数进行微调，最后确定

4. 系统仿真

幅值裕度: GM =7.51dB

剪切频率: % =1.26x105

rad /s 一

尬

＜0.1%1，这里取

Matlab 系统仿真图如图4.1所示

图4.1matlab 系统仿真图

在50V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图

4.2

图4.2 （a ） 50V 输入电压下系统的输出

1002

■图 4.2(b)50V 输入

电压下输出的纹波

图4.4（ a ）98V 输入电压下系统的输出 图4.4（ b ）98V 输入电压下输出的纹波

上面这几个图能看出，输入电压变化时，波形很稳定，三个波形都差不多，超调 大概在10%E 右，稍微有点大，纹波比较小，在 0.1V 以内。

5. fuzzy 控制器的boost 电路仿真

100

9918

图 4.3（ b ）75V 输

在75V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图

4.3

在98V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图

4.4。