BOOST电路pid和fuy闭环控制仿真

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I oc ，应有 I oc <I om ax ，其中代入可求得电感值为 L10 5100 0.25 0.7523.52 H 。在仿真中， 为了保证电感220电流续流，我们取L20H。电容参数计算：电容的选择主要是考

2、虑纹波小于1%，即 1V，根据 boost 电路的纹波计算公式：可以推出在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C取500 H。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 3.1PID 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代入数据可得在 matlab 中输入下面的程序作出bode 图 3.2num=-4.74e-4 133.34;den=1.78e-8 3.56e-6 1;margin(num,den);图 3.2开环系统 bode 图由图可知，系统的幅值裕度为GM o42.5dB ，相位裕度为

3、017.4 ，剪切频率为c08.9104 rad / s 。下面进行超前PD校正，使前向通道传递函数满足45 。超前 PD校正装置传递函数是超前 PD校正装置增加的相角为则有设定超前 PD校正后的剪切频率为1/5 的开关频率，即剪切频率为20kHz，再由公式得 c'1.26 105 rad / s。'令超前 PD校正装置mc , 校正装置的转折频率为可以求出得到校正不含增益的校正装置现在算增益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);den=conv(1.396e-6 1,1.78e-8 3.56e

4、-6 1);margin(num,den);运行程序得到bode 图如图 3.3 所示：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'1.26 105rad / s ，在图 3.3中找出在频率 1.26105处的幅值，由于在图中1.26 不c好选定，就选出一个大致的 1.17 来参考，可以看出在c' 不加 k 校正后系统的幅值大概为 L( c' ) 9.4dB ，加上 k 后应该有可以算出 k 为 0.339 。所以超前 PD校正装置为在 matlab

5、中运行下面程序看经过超前校正后的bode 图 3.4 ：num=conv(1.529e-5 0.339,-4.74e-4 133.34);den=conv(1.396e-6 1,1.78e-8 3.56e-6 1);margin(num,den);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： GM7.51dB相角裕度：46剪切频率：c11.26105 rad / s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P

6、I校正主要对系统低频起作用，根据经验可知0.1 c1 ，这里取1000rad / s 。得到PI环节为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4. 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 50V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图4.2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4.3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

7、真图4.4 。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。5.fuzzy控制器的 boost 电路仿真用 fuzzy 控制器控制的 boost 闭环电路图如图 5.1 所示。图 5.1 fuzzy 控制器控制的闭环 boost 电路原理图本系统的模糊控制器采用二输入- 一输出，变量的模糊集论域都选择为-1,1，采用常用的三角形隶属度函数。在 matlab 中建立 fuzzy 文件，两输入分别为误差 E 和误差

8、变化量 EC。图 5.2 matlab 建立 fuzzy 文件对于输入和输出量都分别用NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB七个变量来描述，各个变量的隶属度函数如图5.3 所示。图 5.3 （ a） 输入变量 E 的隶属度函数图 5.3 （ b） 输入变量 EC的隶属度函数图 5.3 （ c） 输出变量的隶属度函数接着根据专家经验和系统的偏差类型确定规则库，规则库设计如表1 所示表 1 fuzzy控制器的规则库NBNMNSZPSPMPBNBNBNBNBNMNMNSZNMNBNBNBNMNSZPSNSNBNMNMNSZPSPMZENBNSNSZPSPMPBPSNMNSZPSPMPBPBPMNSZ

9、PSPMPBPBPBPBZPSPMPMPBPBPB将隶属度函数与规则库输出fuzzy文件，得到控制器。在调试中，需要调节的是误差 E 和误差 EC的增益， 以使 fuzzy 控制器的输入量落在设定的域中，加限幅是为了防止输入量突然增大对输出的影响。在纯fuzzy控制器作用下，主电路在输入电压偏大或偏小时输出会出现静差，为了使输出电压稳在设定的100V，在主电路的输出与输入之间加上一个积分环节。令 boost 电路的输入电压分别为 50V,75V,98V ，输出波形如下图所示。图 5.4 （a） 50V 输入电压下系统的输出图 5.4 （ b）50V 输入电压下的纹波图 5.5 （a） 75V

10、输入电压下系统的输出图 5.5 （ b） 75V 输入电压下的纹波图 5.6 （a） 98V 输入电压下系统的输出图 5.6 （b） 98V 输入电压下纹波从波形图可以看出， fuzzy 控制器很好的满足了要求，没有什么超调，纹波也小。6. 总结通过本次的大作业，学习到了很多东西，首先是对软件有了进一步的了解和熟悉，对 matlab 的 simulink模块和 fuzzy 控制器有了更深的了解，提高了通过仿真波形分析问题的能力，从有很多小问题到慢慢能出波形，再到最后波形的调试这个过程都是很值得体会的，里面有很多有趣且有用的东西。另外， PID 的仿真将自动控制原理和电力电子技术结合在一起，对整个仿真都有了更深的认识，使我更加进一步感受到了学科间关系和关联，促进了知识的融会，增强我对所学知识的运用能力，提高了思考问题和解决问题的能力。而 fuzzy 的仿真让课堂上学的知识来学以致用，加深了我对课堂上知识的理解，对模糊控制也有了一个更深层次的了解。这次大作业收获还是挺大的。最后，特别感谢 XX师哥和师姐耐心的讲解和解答， 也感谢 XXX老师课上的精心指导。参考文