Buck變換器的數字模糊PID控制

摘要：由Buck電路的狀態空間平均法，可得到其電壓控制下的動態小信號模型，并應用PID實現其精確控制。為提高控制精度和抗干擾能力，用模糊控制器對PID參數進行實時整定，給出了仿真與實驗結果及結論。關鍵詞：Buck變換器；狀態空間平均法；模糊控制；PID控制

1引言

在DC/DC變換器中，電壓反饋控制因具有設計分析較簡單、低阻抗功率輸出、負載調整率較好等優點,而被廣泛應用于DC/DC變換器中。其缺點是任何輸入電壓或輸出負載的變化必須首先轉化為輸出電壓的變化，然后再經反饋環采樣控制調節，這意味著動態反應速度慢。輸入電壓變化帶來的問題，一般可采用電壓前饋技術解決。而要獲得系統的快速性，主要有以下方案可供選擇： 1）引入電流負反饋；

2）在主電路中增加阻尼極點或補償極點；

3）提高開關頻率以減小低通濾波器電感或電容

值；

4）采用PID調節。

其中唯有4）采用PID調節是較為可行的方法[1]。但單純的PID調節對于處理DC/DC變換器的非線性等問題不夠理想。模糊控制正好可以彌補這方面的不足。

近年來，隨著芯片技術的不斷發展，特別是DSP芯片價格的下降和速度的提高，DC/DC變換器控制技術正向著數字化、智能化控制方向發展。這是開關穩壓電源高精度控制發展的必然趨勢，也是21世紀開關穩壓電源研究的一個重要課題。

考慮到以上各種因素，本文以Buck電路為例，介紹電壓反饋控制模式下,DC/DC變換器系統數字模糊PID控制的原理、方法與實現。

2Buck電路動態小信號分析

考慮實際電感和電容存在電阻值，設分別為RL、RC(如圖1所示)。根據狀態空間平均法，可得到Buck電路的狀態平均方程為：=AX＋BUin（1）

Uout=CX（2）式中：X=；

圖1 Buck變換器電路拓撲圖

圖2Buck變換器開環控制方框圖

(b)PID控制系統的頻率特性

圖3系統開環及使用PID控制的頻率特性BODE圖