BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真

1、精选文档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<，其中代入可求得电感值为。在仿真中，为了保证电感电流续流，我们取。电容参数计算：电容的选择主要是考虑纹波小于1%，即1V，依据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。3.

2、 PID把握器的boost电路仿真用PID把握器把握的闭环boost电路的原理图如图3.1所示图3.1 PID把握的闭环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，相位裕度为，剪切频率为。下面进行超前PD校正，使前向通道传递函数满足。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2

3、0kHz，再由公式得。令超前PD校正装置,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-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，在图3.3中找出在频率处的幅值，由于在图中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

4、后系统的幅值或许为，加上k后应当有可以算出k为0.339。所以超前PD校正装置为在matlab中运行下面程序看经过超前校正后的bode图3.4：num=conv(1.529e-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：相角裕度：剪切频率： 阅历证，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

5、统中的中高频特性，因此PI校正主要对系统低频起作用，依据阅历可知，这里取。得到PI环节为最终依据实际仿真波形对PD,PI各环节参数进行微调，最终确定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，得到仿真图4.4。图4.4（a） 98V输入电压下系统的输出图4.

6、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，超调或许在10%左右，略微有点大，纹波比较小，在0.1V以内。5. fuzzy把握器的boost电路仿真用fuzzy把握器把握的boost闭环电路图如图5.1所示。图5.1 fuzzy把握器把握的闭环boost电路原理图本系统的模糊把握器接受二输入-一输出，变量的模糊集论域都选择为-1,1，接受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

7、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依据专家阅历和系统的偏差类型确定规章库，规章库设计如表1所示表1 fuzzy把握器的规章库ECENBNMNSZPSPMPBNBNBNBNBNMNMNSZNMNBNBNBNMNSZPSNSNBNMNMNSZPSPMZENBNSNSZPSPMPBPSNMNSZPSPMPBPBPMNSZPSPMPBPBPBPBZPSPMPMPBPBPB将隶属度函数与规章库输出fuzzy文件，得到把握器。在调试中，需要调整的是误差E和误差EC的增益，以使

8、fuzzy把握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把握器作用下，主电路在输入电压偏大或偏小时输出会消灭静差，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把握器很好的满足了要求，没有什么超调，

9、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生疏，对matlab的simulink模块和fuzzy把握器有了更深的了解，提高了通过仿真波形分析问题的力量，从有很多小问题到渐渐能出波形，再到最终波形的调试这个过程都是很值得体会的，里面有很多好玩且有用的东西。另外，PID的仿真将自动把握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生疏，使我更加进一步感受到了学科间关系和关联，促进了学问的融会，增加我对所学学问的运用力量，提高了思考问题和解决问题的力量。而fuzzy的仿真让课堂上学的学问来学以致用，加深了我对课堂上学问的理解，对模糊把握也有了一个更深层次的了解。这次大作业收获还是挺大的。 最终，特殊感谢XX师哥和师姐急躁的讲解和解答，也感谢XXX老师课上的细心指导。参考文献1 徐德鸿，电力电子系统建模及把握，机械