BOOST電路pid和fuzzy閉環(huán)控制仿真

1、1. 設(shè)計(jì)要求(1) 輸入電壓范圍為50-98V,輸出電壓為100V,額定負(fù)載下輸入電流20A(2) 紋波(峰峰值)不超過1%(3) 在75V輸入條件下效率大于96%2. boost電路拓?fù)浜透鲄?shù)值電感參數(shù)計(jì)算：選定輸入電壓為75V來計(jì)算各參數(shù)，此時(shí)穩(wěn)態(tài)占空比為 0.25，輸出電壓為100V,開關(guān)頻率為100KHZ”匚F JL”二7為保持輸出電流連續(xù)，設(shè)電容電流增量為|oc，應(yīng)有|ocV|omax，其中I 1L 代入可求得電感值為L(zhǎng) 一 101000.25 0.752 =3.52舊。在仿真中，為了保證電感電2 70流續(xù)流，我們?nèi)二20舊。電容參數(shù)計(jì)算：電容的選擇主要是考慮紋波小于1%即1V

2、,根據(jù)boost電路的紋波計(jì)算公式：可以推出 在仿真中，為了確保輸出電壓紋波小于設(shè)定值，C取500舊。3. PID控制器的boost電路仿真用PID控制器控制的閉環(huán)boost電路的原理圖如圖3.1所示圖3.1PID控制的經(jīng)過小信號(hào)建?？傻瞄_環(huán)傳遞函數(shù)為代入數(shù)據(jù)可得在matlab中輸入下面的程序作出 bode圖3.2匸 num二-4.74e-4133.34;den=1.78e-83.56e-61;margi n(nu m,de n);T I - r圖3.2開環(huán)系統(tǒng)bode圖I -由圖可知，系統(tǒng)的幅值裕度為GM=：-42.5dB，相位裕度為。=-17.4，剪切頻率為4co = 8.9 10 rad

3、 /s。下面進(jìn)行超前PD校正，使前向通道傳遞函數(shù)滿足45。超前PD校正裝置傳遞函數(shù)是超前PD校正裝置增加的相角為則有設(shè)定超前PD校正后的剪切頻率為1/5的開關(guān)頻率，即剪切頻率為20kHz,再由公式得；=1.26 105rad/s。令超前PD校正裝置=，c,校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率為可以求出得到校正不含增益的校正裝置現(xiàn)在算增益K值，用上式校正裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，程序如下：I 1L , Z.J1 num=c on v(4.511e-51,-4.74e-4133.34);den二 co nv(1.396e-61,1.78e-83.56e-61);margi n(nu m,de n);運(yùn)行程序得到bode圖

4、如圖3.3所示： IX、更廣/圖3.3用不含增益的超前PD校正裝置校正的系統(tǒng)bode圖加上校正裝置的系統(tǒng)k值后，系統(tǒng)的穿越頻率應(yīng)為設(shè)定的頻率-C =1.26 105rad /s，在圖3.3中找出在頻率1.26 105處的幅值，由于在圖中1.26不好選定，就選出一個(gè)大 致的1.17來參考，可以看出在C不加k校正后系統(tǒng)的幅值大概為L(zhǎng)(；)=9.4dB，加上 k后應(yīng)該有可以算出k為0.339。所以超前PD校正裝置為在matlab中運(yùn)行下面程序看經(jīng)過超前校正后的bode圖3.4：num二co nv(1.529e-50.339,-4.74e-4133.34);den二 co nv(1.396e-61,1

5、.78e-83.56e-61);margi n(nu m,de n);圖3.4超前校正后系統(tǒng)的bode圖可以看出進(jìn)行超前校正后| 彳 I幅值裕度：GM =7.51dBJ-1 -z iJ/| JX f * jf fCZ W 護(hù)、f X Z相角裕度：一 46，J rj耳i .剪切頻率：=1.26 105rad/s! X1X .?經(jīng)驗(yàn)證，超前PD校正為有差校正，穩(wěn)態(tài)后并非達(dá)到100V,為了減小系統(tǒng)的靜差，增! ；加pi校正環(huán)節(jié)。 ,| I、PI環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為由于PD校正已經(jīng)將系統(tǒng)校正為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，故PI校正不應(yīng)影響到系統(tǒng)中的中高頻特性，因此 PI校正主要對(duì)系統(tǒng)低頻起作用，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知*0.1c1，這

6、里取-=1000rad/s。得到PI環(huán)節(jié)為最后根據(jù)實(shí)際仿真波形對(duì)PD,PI各環(huán)節(jié)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，最后確定4. 系統(tǒng)仿真Matlab系統(tǒng)仿真圖如圖4.1所示圖4.1matlab系統(tǒng)仿真圖在50V輸入條件下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到仿真圖4.2圖4.2 （a） 50V輸入電壓下系統(tǒng)的輸出901002圖4.2(b)50V輸入電壓下輸出的紋波在75V輸入條件下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到仿真圖4.3圖 4.3（ b）75V輸在98V輸入條件下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到仿真圖4.4。圖4.4（ a）98V輸入電壓下系統(tǒng)的輸出圖4.4（ b）98V輸入電壓下輸出的紋波上面這幾個(gè)圖能看出，輸入電壓變化時(shí)，波形很穩(wěn)定，三個(gè)波

7、形都差不多，超調(diào)大概在10噓右，稍微有點(diǎn)大，紋波比較小，在 0.1V以內(nèi)。5. fuzzy 控制器的boost電路仿真 用fuzzy控制器控制的boost閉環(huán)電路圖如圖5.1所示。圖5.1fuzzy控制器控制的閉環(huán)boost電路原理圖本系統(tǒng)的模糊控制器采用二輸入-一輸出，變量的模糊集論域都選擇為-1,1，采用 常用的三角形隸屬度函數(shù)。在matlab中建立fuzzy文件，兩輸入分別為誤差 E和誤差變化量EC圖5.2matlab建立fuzzy文件對(duì)于輸入和輸出量都分別用NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB七個(gè)變量來描述，各個(gè)變量的隸屬度函數(shù)如圖5.3所示。嚴(yán)| 1/圖5.3（ a）輸入變量E的隸

8、屬度函數(shù)圖5.3 （b）輸入變量EC的隸屬度函數(shù)圖5.3（c）輸出變量的隸屬度函數(shù)接著根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)的偏差類型確定規(guī)則庫，規(guī)則庫設(shè)計(jì)如表1所示表1fuzzy控制器的規(guī)則庫E、WNB 1 1NMNSZPSPMPBNBNBNBNBNMNMNSZNMNBNBNBNMNSZPSNSNBNMNMNSZPSPMZENBNSNSZPSPMPBPSNMNSZPSPMPBPBPMNSZPSPMPBPBPBPBZPSPMPMPBPBPB將隸屬度函數(shù)與規(guī)則庫輸出fuzzy文件，得到控制器。在調(diào)試中，需要調(diào)節(jié)的是 誤差E和誤差EC的增益，以使fuzzy控制器的輸入量落在設(shè)定的域中，加限幅是為 了防止輸入量突然增大

9、對(duì)輸出的影響。在純fuzzy控制器作用下，主電路在輸入電壓偏大或偏小時(shí)輸出會(huì)出現(xiàn)靜差，為了使輸出電壓穩(wěn)在設(shè)定的100V,在主電路的輸出與輸入之間加上一個(gè)積分環(huán)節(jié)。令boost電路的輸入電壓分別為50V,75V,98V,輸出波形如下圖所示。圖5.4（ a）50V輸入電壓下系統(tǒng)的輸出”J J/I-圖5.4（ b）50V輸入電壓下的紋波圖5.5（ a）75V輸入電壓下系統(tǒng)的輸出圖5.5（ b）75V輸入電壓下的紋波圖5.6（ a）98V輸入電壓下系統(tǒng)的輸出Wi ；圖5.6（ b）98V輸入電壓下紋波從波形圖可以看出，fuzzy控制器很好的滿足了要求，沒有什么超調(diào)，紋波也小。6. 總結(jié)通過本次的大作業(yè)

10、，學(xué)習(xí)到了很多東西，首先是對(duì)軟件有了進(jìn)一步的了解和熟悉， 對(duì)matlab的simulink模塊和fuzzy控制器有了更深的了解，提高了通過仿真波形 分析問題的能力，從有很多小問題到慢慢能出波形，再到最后波形的調(diào)試這個(gè)過程 都是很值得體會(huì)的，里面有很多有趣且有用的東西。另外，PID的仿真將自動(dòng)控制原理和電力電子技術(shù)結(jié)合在一起，對(duì)整個(gè)仿真都有了更深的認(rèn)識(shí)，使我更加進(jìn)一步感精心整理受到了學(xué)科間關(guān)系和關(guān)聯(lián)，促進(jìn)了知識(shí)的融會(huì)，增強(qiáng)我對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力，提 高了思考問題和解決問題的能力。而fuzzy的仿真讓課堂上學(xué)的知識(shí)來學(xué)以致用，加深了我對(duì)課堂上知識(shí)的理解，對(duì)模糊控制也有了一個(gè)更深層次的了解。這次大作 業(yè)收獲還是挺大的。最后，特別感謝XX師哥和師姐耐心的講解和解答，也感謝 XXX老師課上的精心指 導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1 徐德