PID和Fuzzy兩種方法控制升壓電路解析

1、PID 和 Fuzzy 兩張方法控制 boost 電路升壓一、仿真指標(biāo)1、 輸入電壓 Vin=2095V;2、 輸出電壓 Vo=100V;3、 效率n95%4、 由半載切滿載（或由滿載切半載）的負(fù)載調(diào)整率小于5%；5、 由空載切滿載（或由滿載切空載）的電壓調(diào)整率小于1%；二、開環(huán)電路設(shè)計(jì)（一）開環(huán)電路，選擇boost主電路（二）器件參數(shù)選擇1 電感，電容值參數(shù)選擇電感電流變化值為=iL二VoD（1_D）Lf且 IocVD(1-D)22Lf所以C =霽晉第=412lH（按D取1時(shí)公式取得最大值）由公式g=fh1V得出c罟F此處取電感值10H，電容值取1000。2.開關(guān)頻率取 100kHz, MO

2、SFET 開關(guān)管電阻盡可能的小， 設(shè)為0.0000011, Diode電阻值取為0.005, ，電阻值經(jīng)計(jì)算取5.5561。（三）開環(huán)輸出電壓仿真波形及分析75V 輸入，占空比為 25%時(shí)電壓輸出波形結(jié)論：由以上圖像可以看出，各參數(shù)值基本滿足要求，但是誤差較大，有待PID和 fuzzy 進(jìn)一步調(diào)節(jié)，滿足指標(biāo)要求。三、PID控制電路設(shè)計(jì)（一）PID控制的boost電路拓?fù)?000200150ion50050ioa00 010.020 03 OOfl.050 060 070.06-1000.010.020 030.040.050.00 07 O.OS（三）PID控制器的模型1.開環(huán)傳遞函數(shù)及bod

3、e圖分析（1）Boost 電路控制輸入到輸出的傳遞函數(shù):1Vn1/ LC (1 - s(L/ R)VRAMP(1 一 D )2s2s(1/ RC )1/ LC其中：L二 L /(1 - D )2三角波幅值 VRAMP取 1；Gd(s)5pe3（二）R：負(fù)載電阻阻值；C：輸出濾波電容的值；D:輸入 75V 時(shí)的開關(guān)占空比，此時(shí)為 25%;其中：L =10H ,C =1000F,R = 5.556D = 0.25 代入公式中得:7.5 10-2.4 104s27s 180 s 5.62410(2)未矯正系統(tǒng) bode 圖如圖所示：從圖中可以看出在剪切頻率1.41 104Hz處，相角裕度為-15.7

4、，令校正后剪切頻率為 wc=1(kHz,從圖中可以看出需要調(diào)節(jié)的幅值為5.8dB,此處采用 PD+PI 調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。2. PD+PI 調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)(1) PD 環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，設(shè)為 Gb(srk曲1s/叫 +1P =458.8：+11.265 J1-和盤=0. 22 1Y1 + si nwz=2二104rn =2二1040.221= 1.389104rad / sw p = 21；104(1 /：) = 2_：1044.525二2.834105rad / sGd(s)Bode DiagramGm =-12.5 dB(at 1.69e+403Hi),Pm = -1B.7 deg (at 1.+1&a

5、mp;+0D+Hz&Q604l20Q-20-4J-6027022513090j10310310* 10510s10 Freaiiency (Hz)將wc=2U 104rad / s代入，得:G,s)s / wz1s / wp14.524 j 10.2217 j 1由 20lg( Gc(s) )=-5.85 解得：k =0.1127Gc(s)s / wz1s/ Wp1=0.11277.2 10，s 13.53 10(s 1Gk(s)=Gd(S)Gc(S)1 p48-1.9510一s 5.81510 s 8.453103.53 10 s3s23.785102s 5.624107(2) PD

6、 環(huán)節(jié)加入后 bode 圖DiagramGm - 137 dB (at 451e+O04 Hz), Pm* 53 7 deg (at 1 Hz)20Q*2&awpnj9010145G3602701&01010110510Frequency (Hz圖 2(3) PI 積分環(huán)節(jié)由實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行，為消除系統(tǒng)運(yùn)行的誤差，積分環(huán)節(jié)取s 80。此時(shí):Gk(s) =Gd(sGc(s尸1.95況1Fs2+ 5.813江10 +8?S8s0+6.7610103.5310%4s 3 3.78521025.6247s10(4) PI 環(huán)節(jié)加入后 bode 圖Bods DiagramGm* 13.7

7、dB (at 4.51e*004Hz) , Pm-53 7deg (at 1 e*004Hz)100(5)subsystem 模型OE4Jpn左豊adp】9SFLG:JI107ID11(T10Frequency (Hz)10110w1Transfer Fcn1Transfer FenGain1 .輸入 75V，滿載運(yùn)行仿真（四）PID控制電路仿真波形及分析35 r- 1-1-J-1-如1.:.:.:.75V 時(shí)滿載電壓波形圖75V 滿載運(yùn)行紋波圖分析：由圖中可以看出 75V 時(shí)輸出電壓為 99.96V100.02V，紋波為 0.06W1V , 所以滿足指標(biāo)要求。Time/s0 030.040.

8、050.06Time/s0.020 010.090.10.070.08一_IB-_ _ ooooo ooooc 8 6 4 2- o 8 62 11 1 12煮暮也肝1515 3 3o o 1R.O1 8-14S Soo 9F90.09752015105 D2.輸入 75V 時(shí)，半載運(yùn)行仿真75V 半載運(yùn)行電流電壓波形:?ruuoo o00u1000D.020.040.060.060.10.120.140.160.1 B0.21B00813.006moo41B.002ie178分析：由圖中可以看出75V，半載運(yùn)行輸出電壓為 99.97V100.02V，紋波為0.05W1V，所以滿足指標(biāo)要求。3

9、.輸入 75V 時(shí)，滿載切半載運(yùn)行仿真分析：由圖中可以看出 75V 輸入時(shí)，滿載切半載，電阻值由只=5.556 門變?yōu)?R=11.112J時(shí)， 最后 穩(wěn)定在 100V_0.1V,切載時(shí) 刻電壓 peak-to-peak變化值為 0.4V1V，所以滿足要求。O2020Time/s4030201000,010.02D.030.04Q.O50,0601070.080.090.175V 滿載切半載波形圖5000舊鄧4.75V 輸入時(shí)，滿載切空載運(yùn)行仿真75V 滿載切空載分析：75V 輸入滿載切空載時(shí)，電壓穩(wěn)定在 99.55V99.65V,最大紋波 1.2V1V , 所以滿足指標(biāo)要求。5. 95V 輸入

10、時(shí)，滿載運(yùn)行eo0402DD-204003002D0ICO010000.020.040.050.090.10.120.140.1 0100.295V 輸入時(shí)輸出電壓電流波形95V 輸入時(shí)輸出電壓電流紋波波形分析：95V 輸入時(shí)電壓輸出范圍在 99.55V99.65V，最大紋波 0.1V1V，所以滿 足.-.j. !IBSIB M B r11j i. 1. 1.-|-.ir 1.11-1I-VA. _:8.Fa-:*d-ri11|11指標(biāo)要求。6. 20V 輸入時(shí)，滿載運(yùn)行仿真分析：從圖中可以看出 20V 輸入時(shí)，紋波比較大，大約在 3V 左右，不滿足要求7效率曲線四、fuzzy控制電路設(shè)計(jì)（一

11、）搭建fuzzy控制的閉環(huán)電路（二）Fuzzy Controller模塊設(shè)計(jì)1 輸入，輸出變量隸屬度函數(shù)及論域的選擇系統(tǒng)中的模糊控制器采用 標(biāo)準(zhǔn)”形式，即選擇兩個(gè)輸入分別為 E 和 ED, 個(gè)輸 出outputl，均選取三角形函數(shù)為隸屬度函數(shù)，E, ED，outputs 均采用 7 個(gè)隸屬度 函數(shù)，E 的輸出范圍為-1.1，ED 的輸出范圍為-1,1，outputs 輸出范圍為OoecvarMosfetKTI*00 Q j_fl t LSeries RLC Branch i】Dicde5W3：口_:P55M5W3：tKlW-W2.控制規(guī)則表根據(jù)專家的控制知識(shí)制定控制規(guī)則表，如下圖所以:E/ED

12、NBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNMNMNSNSZENMNBNMNMNSNSZEPSNSNMNMNSNSZEPSPSZENMNSNSZEPSPSPMPSNSNSZEPSPSPMPMPMNSZEPSPSPMPMPBPBZEPSPSPMPMPBPBE:輸入變量偏差；ED:輸入變量偏差變化（三）fuzzy控制下的仿真波形及分析分析： 輸入 75V 時(shí)，滿載運(yùn)行時(shí)輸出電壓范圍99.7V100. 2V，紋波水平0.5W1V，所以滿足指標(biāo)要求輸入 75V 時(shí)半載輸出電壓電流紋波分析：輸入 75V 時(shí)，半載運(yùn)行時(shí)輸出電壓范圍99.97V100.01V，紋波水平0.04V1V，所以滿足指標(biāo)要求。3.

13、75V 輸入時(shí)滿載切半載輸入 75V 時(shí)滿載切半載電壓電流波形分析：輸入 75V 時(shí)，滿載切半載運(yùn)行時(shí)，切載時(shí)刻電壓變化范圍 99.9V100. 2V, 紋波水平 0.3V1V，所以滿足指標(biāo)要求。200150500-50100L .11 rt. W. .:.一1j1i0.050.10.15020.250.3 0.：1Q0分析：最后穩(wěn)定在大約 100.98V 左右，小于 1V，滿足要求5. 20V 輸入時(shí)，滿載仿真分析： 輸入 20V 時(shí)，滿載運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定后電壓變化范圍 99.82V99. 98V，紋波水平 0.16V1V，所以滿足指標(biāo)要求6. 95V 輸入時(shí)，滿載仿真分析：輸入 95V 時(shí)，滿

14、載運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定后電壓變化范圍 100.08V100.11V,紋 波水平0.03W1V，所以滿足指標(biāo)要求。7效率曲線1S.0?1詣.0218.019iaoie1&017100.111001100.09100.00. lir.i .B a 1JP a J-f B II ” ” y, ! 0.0953ft 09530.03530.D953輸入 95V 時(shí)滿載出電壓電流紋波0.D9530.D954四、PID技術(shù)指標(biāo)電壓指標(biāo)實(shí)際數(shù)值要求指標(biāo)誤差75V 輸入滿載99.96V100.02V穩(wěn)定在 100V紋波小于 1V0.06V1V滿足指標(biāo)75V 輸入半載99.9V100.1V穩(wěn)定在 100V紋波小于 1V0.2V1V滿足指標(biāo)75V 滿載切半載 切載時(shí)刻99.9V100.1V動(dòng)態(tài)響應(yīng)小于 1%0.2V1V滿足指標(biāo)75V 滿載切空載穩(wěn)定后 100.05V切載時(shí)刻99.85V101.3V負(fù)載調(diào)整率1% 動(dòng)態(tài)響應(yīng)5%0.0005%1%1%1.15%5%基本滿足要求95V 輸入滿載99.9V100.1V穩(wěn)定在 100V紋波小于 1V0.2V1V不滿足指標(biāo)Fuzzy 技術(shù)指標(biāo)電壓指標(biāo)實(shí)際數(shù)值要求指標(biāo)誤差75V 輸入滿載運(yùn)仃99.8V100. 2V穩(wěn)定在 100V紋波小于 1V0.4V1V滿足指標(biāo)75V 輸入半載運(yùn)仃