BUCK電路-PID調(diào)節(jié)詳解

1、打印本文d為占空比。式（3）即為buck電路動態(tài)小信號狀態(tài)平均方程, 將式（ 3）轉(zhuǎn)換到s域并解之，可得到電壓 反饋信號模型的 傳遞函 數(shù)：3 模糊pid控制實現(xiàn)由式（4）可知，電壓 反饋控制為 二階系統(tǒng)，而二階系統(tǒng)是一 個有條件的穩(wěn)定系統(tǒng)，只有行精心設(shè)計和計算，滿足一定條件，才能使閉環(huán)系統(tǒng) 穩(wěn)定工作。 考慮到輸入電壓變 化量和占量均對輸出有影響，變換器 系統(tǒng)的開環(huán)控制框圖如圖 2所示。頁碼，2/7打印文章2008-7-14http:/ 為變換器 輸出對d(s) 而言的系統(tǒng)開環(huán) 傳遞函 數(shù)，g1(s)可由（4）得出：在電壓 負反饋 控制中，如果引入輸入電壓 前饋校正控制環(huán)，就能消除輸入電壓 波

2、動對系統(tǒng)很好地改善 系統(tǒng)的控制 性能。為進 一步提高控制 性能與精度，控制電路 采用具有微分和積分控制pid控制。 pid控制器 中微分控制能 預測事物 的變化趨勢，可以補償由低通濾波 器引起的時間 滯能消除系統(tǒng)靜態(tài)誤差。從而采用pid控制，能 增加系統(tǒng) 的快速性 和有效抑制超調(diào)，使系統(tǒng)動態(tài)度得以改善。由系統(tǒng)的bode 圖（圖 3）可以看出，系統(tǒng)開環(huán) 的頻率特性較差，采用pid控制后，統(tǒng)的相角裕 度，同時也降低了系統(tǒng)在低頻時的增益。應用模糊控制對 pid參數(shù)kp、ki、kd實時地能改善pid的控制 性能、自調(diào)整能力， 從而可提高整 個系統(tǒng)的控制精度和抗干擾能力。頁碼，3/7打印文章2008-7

3、-14http:/ 控制電路 設(shè)計系統(tǒng)的閉環(huán)控制框圖如圖 4所示。取輸出電壓的 誤差和微分量，送入模糊控制器和 pid控制器制器根據(jù)輸入控制 量偏差實時給出 pid的參數(shù)， 再由pid控制器給出控制信號， 從而實現(xiàn)對變換制。取輸入電壓的 誤差送 入系統(tǒng)前饋校正電路中，輸出補償量加入到模糊 pid控制輸出量，和器的占空比控制量d。圖中：uref2、uref1分別為輸入和輸出參考電壓；采用上一周期的輸出占空比值，而不用樣可確保系統(tǒng)的平滑性和穩(wěn)定性；m(s)為模糊 pid控制器的 傳遞函 數(shù)；g2(s) 為前饋補償 函數(shù)。3.2 pid參數(shù)的整定對于線性系統(tǒng) ，pid參數(shù)的整定 方法有多種，如：1）

4、ziegler nichols 頻率響應法2；2）cohen coon響應曲線法3；3）基于積分平方準則ise整定法4；4）極點配置法；5)根軌跡法；6)工程整定法 等等。實際上，dc/dc 變換器為 一非線性系統(tǒng) ，而pid控制只適用于線性系統(tǒng)或有 限范圍 波動的非一組事先整定好的pid參數(shù)， 難以達到很好的控制 效果，故其適用范圍有限。為提高 pid控制系和適用范圍，必須根據(jù)偏差實時地改變kp、ki、kd這三個參數(shù)， 即實時調(diào)節(jié)pid控制器的 增益。圖5所示。首先可由dc/dc 變換器 靜態(tài)模型， 依據(jù)上述線性pid參數(shù)整定法，得到 較優(yōu)的值。模糊控制器 依據(jù)偏差對應每一量化等級，都可得到

5、 相對應范圍內(nèi) 較優(yōu)的瞬時值一般來說kp在偏差e絕對值較小時取較小值，反之取較大值，這樣有 利于加快 響應速度，很好的穩(wěn)定性；ki在偏差e絕對值較小時取較大值，反之取較小值，這樣既有利于保證穩(wěn)態(tài)無會引起積分飽和而使超調(diào)增大、調(diào)節(jié)時間延長；微分系數(shù)kd在偏差e的絕對值較小時取較大值小值，這樣有 利于加快 對小偏差的反應速度，提高控制器對干擾的 靈敏度，在出 現(xiàn)干擾時可 及4 仿真及實驗結(jié)果本控制 系統(tǒng)實驗采用tms320f240 型dsp ，輸入交流電壓為 110250v，輸出為直流10v，頻120 h，c=960 f,帶電阻性負載 。應用 pspice 對本系統(tǒng)進行了仿真，仿真結(jié) 果如下圖6所

6、示。實驗所示，在t=0.035s 時，系統(tǒng)受到輸入電壓的 階躍干擾。由仿真和 試驗結(jié)果可知，模糊 pid控制具有控制效果和較快的動態(tài) 性能。5 結(jié)語頁碼，5/7打印文章2008-7-14http:/ 獲得了buck電路電壓 反饋控制下的動態(tài)小信號模型和傳遞函 數(shù)，其控數(shù)字模糊pid控制。 通過使用對非線性、時滯系統(tǒng)具有較 好控制效果的模糊控制，對 pid參數(shù)進提高了 pid控制系統(tǒng)的精度 、響應速度和適用范圍。仿真與實驗結(jié) 果表明，采用本控制 方法，的電壓 調(diào)整精度和 較快的動態(tài) 響應速度，適用范圍大 ，抗干擾能力 強等特點，特別是抗輸入電壓由于采用數(shù)字控制，控制 系統(tǒng)可調(diào)整性好，抗外界干擾能

7、力 也得到加強。另外，如果本控制 方法相結(jié)合，利用遺傳算法進行對模糊 規(guī)則的設(shè)計和控制， 則可彌補模糊控制器 缺乏系統(tǒng)設(shè)計方 法的實現(xiàn)對變換器的 智能控制 5 。參考文獻1 毛鴻，吳兆麟 . 高精度 開關(guān)穩(wěn)壓電源的 系統(tǒng)分析 與設(shè)計j. 電力電子 技術(shù),1999,33(2)2ziegler j g, nichols n b. optimum setting for automaticcontrollers. trans.asm4:759.3 cohen g n, coon g a. theoretical considerations of re tarded control. tran3,75:287.4 lopez a m et al. controller tuning relationships based onintegral performanca. instrumentation technology.5 hyun joon cho.fuzzy pid hybrid control: automatic rulegeneration using gorithms. in fuzzy sets and systems 1997,92:305 316.6 b. arbetter and d. maksimovic.f