PID和Fuzzy两种方法控制升压电路解析

1、PID 和 Fuzzy 两张方法控制 boost 电路升压一、仿真指标1、 输入电压 Vin=2095V;2、 输出电压 Vo=100V;3、 效率n95%4、 由半载切满载（或由满载切半载）的负载调整率小于5%；5、 由空载切满载（或由满载切空载）的电压调整率小于1%；二、开环电路设计（一）开环电路，选择boost主电路（二）器件参数选择1 电感，电容值参数选择电感电流变化值为=iL二VoD（1_D）Lf且 IocVD(1-D)22Lf所以C =霁晋第=412lH（按D取1时公式取得最大值）由公式g=fh1V得出c罟F此处取电感值10H，电容值取1000。2.开关频率取 100kHz, MO

2、SFET 开关管电阻尽可能的小， 设为0.0000011, Diode电阻值取为0.005, ，电阻值经计算取5.5561。（三）开环输出电压仿真波形及分析75V 输入，占空比为 25%时电压输出波形结论：由以上图像可以看出，各参数值基本满足要求，但是误差较大，有待PID和 fuzzy 进一步调节，满足指标要求。三、PID控制电路设计（一）PID控制的boost电路拓扑1000200150ion50050ioa00 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.开环传递函数及bod

3、e图分析（1）Boost 电路控制输入到输出的传递函数: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：负载电阻阻值；C：输出滤波电容的值；D:输入 75V 时的开关占空比，此时为 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)未矫正系统 bode 图如图所示：从图中可以看出在剪切频率1.41 104Hz处，相角裕度为-15.7

4、，令校正后剪切频率为 wc=1(kHz,从图中可以看出需要调节的幅值为5.8dB,此处采用 PD+PI 调节环节。2. PD+PI 调节环节设计(1) PD 环节传递函数，设为 Gb(srk曲1s/叫 +1P =458.8：+11.265 J1-和盘=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)将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、 环节加入后 bode 图DiagramGm - 137 dB (at 451e+O04 Hz), Pm* 53 7 deg (at 1 Hz)20Q*2&awpnj9010145G3602701&01010110510Frequency (Hz图 2(3) PI 积分环节由实际系统的运行，为消除系统运行的误差，积分环节取s 80。此时: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 环节加入后 bode 图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 .输入 75V，满载运行仿真（四）PID控制电路仿真波形及分析35 r- 1-1-J-1-如1.:.:.:.75V 时满载电压波形图75V 满载运行纹波图分析：由图中可以看出 75V 时输出电压为 99.96V100.02V，纹波为 0.06W1V , 所以满足指标要求。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.输入 75V 时，半载运行仿真75V 半载运行电流电压波形:?ruuoo o00u1000D.020.040.060.060.10.120.140.160.1 B0.21B00813.006moo41B.002ie178分析：由图中可以看出75V，半载运行输出电压为 99.97V100.02V，纹波为0.05W1V，所以满足指标要求。3

9、.输入 75V 时，满载切半载运行仿真分析：由图中可以看出 75V 输入时，满载切半载，电阻值由只=5.556 门变为 R=11.112J时， 最后 稳定在 100V_0.1V,切载时 刻电压 peak-to-peak变化值为 0.4V1V，所以满足要求。O2020Time/s4030201000,010.02D.030.04Q.O50,0601070.080.090.175V 满载切半载波形图5000舊鄧4.75V 输入时，满载切空载运行仿真75V 满载切空载分析：75V 输入满载切空载时，电压稳定在 99.55V99.65V,最大纹波 1.2V1V , 所以满足指标要求。5. 95V 输入

10、时，满载运行eo0402DD-204003002D0ICO010000.020.040.050.090.10.120.140.1 0100.295V 输入时输出电压电流波形95V 输入时输出电压电流纹波波形分析：95V 输入时电压输出范围在 99.55V99.65V，最大纹波 0.1V1V，所以满 足.-.j. !IBSIB M B r11j i. 1. 1.-|-.ir 1.11-1I-VA. _:8.Fa-:*d-ri11|11指标要求。6. 20V 输入时，满载运行仿真分析：从图中可以看出 20V 输入时，纹波比较大，大约在 3V 左右，不满足要求7效率曲线四、fuzzy控制电路设计（一

11、）搭建fuzzy控制的闭环电路（二）Fuzzy Controller模块设计1 输入，输出变量隶属度函数及论域的选择系统中的模糊控制器采用 标准”形式，即选择两个输入分别为 E 和 ED, 个输 出outputl，均选取三角形函数为隶属度函数，E, ED，outputs 均采用 7 个隶属度 函数，E 的输出范围为-1.1，ED 的输出范围为-1,1，outputs 输出范围为OoecvarMosfetKTI*00 Q j_fl t LSeries RLC Branch i】Dicde5W3：口_:P55M5W3：tKlW-W2.控制规则表根据专家的控制知识制定控制规则表，如下图所以:E/ED

12、NBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNMNMNSNSZENMNBNMNMNSNSZEPSNSNMNMNSNSZEPSPSZENMNSNSZEPSPSPMPSNSNSZEPSPSPMPMPMNSZEPSPSPMPMPBPBZEPSPSPMPMPBPBE:输入变量偏差；ED:输入变量偏差变化（三）fuzzy控制下的仿真波形及分析分析： 输入 75V 时，满载运行时输出电压范围99.7V100. 2V，纹波水平0.5W1V，所以满足指标要求输入 75V 时半载输出电压电流纹波分析：输入 75V 时，半载运行时输出电压范围99.97V100.01V，纹波水平0.04V1V，所以满足指标要求。3.

13、75V 输入时满载切半载输入 75V 时满载切半载电压电流波形分析：输入 75V 时，满载切半载运行时，切载时刻电压变化范围 99.9V100. 2V, 纹波水平 0.3V1V，所以满足指标要求。200150500-50100L .11 rt. W. .:.一1j1i0.050.10.15020.250.3 0.：1Q0分析：最后稳定在大约 100.98V 左右，小于 1V，满足要求5. 20V 输入时，满载仿真分析： 输入 20V 时，满载运行时，稳定后电压变化范围 99.82V99. 98V，纹波水平 0.16V1V，所以满足指标要求6. 95V 输入时，满载仿真分析：输入 95V 时，满

14、载运行时，稳定后电压变化范围 100.08V100.11V,纹 波水平0.03W1V，所以满足指标要求。7效率曲线1S.0?1诣.0218.019iaoie1&017100.111001100.09100.00. lir.i .B a 1JP a J-f B II ” ” y, ! 0.0953ft 09530.03530.D953输入 95V 时满载出电压电流纹波0.D9530.D954四、PID技术指标电压指标实际数值要求指标误差75V 输入满载99.96V100.02V稳定在 100V纹波小于 1V0.06V1V满足指标75V 输入半载99.9V100.1V稳定在 100V纹波小于 1V0.2V1V满足指标75V 满载切半载 切载时刻99.9V100.1V动态响应小于 1%0.2V1V满足指标75V 满载切空载稳定后 100.05V切载时刻99.85V101.3V负载调整率1% 动态响应5%0.0005%1%1%1.15%5%基本满足要求95V 输入满载99.9V100.1V稳定在 100V纹波小于 1V0.2V1V不满足指标Fuzzy 技术指标电压指标实际数值要求指标误差75V 输入满载运仃99.8V100. 2V稳定在 100V纹波小于 1V0.4V1V满足指标75V 输入半载运仃