BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真.doc

1、-_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 ，应有 ，其IococImax中 2)1(DLTUIoc02代入可求得电感值为 。在仿真中，H52.37.5为了保证电感电流续流，我们取 。L20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 boo

2、st 电路的纹波计算公式： RCDTUo可以推出 HRTCo 501.02在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C 取 。-_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 所示图 3.1 PID 控制的闭环 boost 电路原理图经过小信号建模可得开环传递函数为 22)/(1)(DsRLCsUGovd代入数据可得1056.31078. s74.75.0)/2(275.10.)(2 2666 ssssGvd在 matlab 中输入下面的程序作出 bode 图 3.2num=-4.74e-4 133.34;den=1.78e-8

3、3.56e-6 1;margin(num,den);-_-100-50050100Magnitude(dB)103 104 105 106 10790180270360Phase(deg)Bode DiagramGm = -42.5 dB (at 1.06e+04 rad/s) , Pm = -17.4 deg (at 8.9e+04 rad/s)Frequency (rad/s)图 3.2 开环系统 bode 图由图可知，系统的幅值裕度为 ，相位裕度为dBGMo.42，剪切频率为 。4.170 sra/109.84c0下面进行超前 PD 校正，使前向通道传递函数满足 。5超前 PD 校正装置

4、传递函数是 TsaksGc1)(1超前 PD 校正装置增加的相角为 700m则有 3.2sin1ma设定超前 PD 校正后的剪切频率为 1/5 的开关频率，即剪切频率为20kHz，再由公式 f2-_得 。sradc/1026.5令超前 PD 校正装置 ,校正装置的转折频率为cmsrada/1027.3.106451 m /6.2. 552可以求出 541 10.027. aT65239.6. 得到校正不含增益的校正装置 sTsaGc 651 1039.4)( 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=conv(4.511e-5 1,-4.74e-4 133.34);d

5、en=conv(1.396e-6 1,1.78e-8 3.56e-6 1);margin(num,den);运行程序得到 bode 图如图 3.3 所示：-_-50050100Magnitude(dB)103 104 105 106 107 10890180270360450Phase(deg)Bode DiagramGm = -1.89 dB (at 4.24e+05 rad/s) , Pm = -18.4 deg (at 6.18e+05 rad/s)Frequency (rad/s)System: untitled1Frequency (rad/s): 1.17e+05Magnitude

6、 (dB): 10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，在图 3.3 中找出在频率 处的幅值，由于在sradc/1026.5 51026.图中 1.26 不好选定，就选出一个大致的 1.17 来参考，可以看出在不加 k 校正后系统的幅值大概为 ，加上 k 后应该有c dBLc4.9)(0lg2)(kLc可以算出 k 为 0.339。所以超前 PD 校正装置为 10396.139.52)()(511 sskGcc在 matlab 中运行下面程序看经过超前校正后的 bode 图 3.4：num=conv(1.

7、529e-5 0.339,-4.74e-4 133.34);den=conv(1.396e-6 1,1.78e-8 3.56e-6 1);margin(num,den);-_-50050100Magnitude(dB)103 104 105 106 107 10890180270360450Phase(deg)Bode DiagramGm = 7.51 dB (at 4.24e+05 rad/s) , Pm = 46 deg (at 1.26e+05 rad/s)Frequency (rad/s)图 3.4 超前校正后系统的 bode 图可以看出进行超前校正后幅值裕度： dBGM51.7相角裕

8、度： 46剪切频率： srac/02.51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 sGc)(2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 ，这里取 。得到 PI 环节为1.0csrad/10-_ sGc10)(2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 10396.12.4)(5sscGc24.系统仿真Matlab 系统仿真图如图 4.1 所示图 4.1 matlab 系统仿真图-_在 50

9、V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图 4.20 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02020406080100120Ready T=0.020图 4.2（a）50V 输入电压下系统的输出图 4.2(b) 50V 输入电压下输出的纹波-_在 75V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图 4.30 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02020406080100120Ready T=0.020图 4.3（a） 75V 输入电压下系统的输出图 4.3（b） 75V 输入电压下输出的纹波-_在 98V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图 4.4。0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02020406080100120Ready T=0.020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%左右，稍微有点大，纹波比较小，在0.1V 以内。