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態(tài)小信號模型，并應用PID實現其精確控制。為提高控制精度和抗干擾能力，用模糊控制器對PID參數進行實時整定，給出了仿真與實驗結果及結論。關鍵詞：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單、低阻抗功率輸出、負載調整率較好等優(yōu)點,而被廣泛應用于DC/DC變換器中。其缺點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，然后再經反饋環(huán)采樣控制調節(jié)，這意味著動態(tài)反應速度慢。輸入電壓變化帶來的問題，一般可采用電壓前饋技術解決。而要獲得系統(tǒng)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或補償極點；

3）提高開關頻率以減小低通濾波器電感或電容

值；

4）采用PID調節(jié)。

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

近年來，隨著芯片技術的不斷發(fā)展，特別是DSP芯片價格的下降和速度的提高，DC/DC變換器控制技術正向著數字化、智能化控制方向發(fā)展。這是開關穩(wěn)壓電源高精度控制發(fā)展的必然趨勢，也是21世紀開關穩(wěn)壓電源研究的一個重要課題。

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(tǒng)數字模糊PID控制的原理、方法與實現。

2Buck電路動態(tài)小信號分析

考慮實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變換器開環(huán)控制方框圖

(b)PID控制系統(tǒng)的頻率特性

圖3系統(tǒng)開環(huán)及使用PID控制的頻率特性BODE圖