BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真讲课稿.docx
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BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真讲课稿
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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IIIaxococom中
TU2o）?
?
DD（1I
oc2LTU2o）D1D（L?
?
2?
20?
5?
10010。
在仿真中，代入可求得电感值为2?
LH3?
.52?
..025?
075
2?
20为了保证电感电流续流，我们取。
?
HL?
20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boost电路的纹波计算公式：
?
UDTo?
URCo精品文档．
精品文档
可以推出
?
5DTU10.25?
100?
0?
oH?
?
50C?
?
UR0.5?
10o在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C取。
?
H500
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
电路原理图3.1PID控制的闭环boost图经过小信号建模可得开环传递函数为sL'?
（U）1D
o2'RD?
s（G）
vd22'DL?
LCs（/?
s）R代入数据可得精品文档．
精品文档6?
10s?
20?
）?
?
0.75?
100（1
2100.75?
?
G（s）
vd2?
66?
62?
750（500?
10?
s?
20?
10.）/10s?
1020?
?
4?
s.13334?
4.74?
10?
682?
?
1?
?
10101.78?
s56s?
3.3.2bode在matlab中输入下面的程序作出图num=[-4.74e-4133.34];
den=[1.78e-83.56e-61];
margin（num,den）;
3.2图开环系统bode图，相位裕度为由图可知，系统的幅值裕度为dB.542GM?
?
o，剪切频率为。
4?
?
s?
.8?
.17?
?
49/10radc00精品文档．
精品文档校正，使前向通道传递函数满足。
下面进行超前PD?
45?
校正装置传递函数是超前PDaTs?
1?
?
k）G（s
1cTs?
1校正装置增加的相角为超前PD?
?
?
?
70?
?
?
?
0m则有?
sin?
1m3a?
32.?
?
sin?
1m的开关频率，即剪切频率为1/5PD校正后的剪切频率为设定超前，再由公式20kHz?
?
f2?
得5'?
srad?
1.26?
10/。
c'?
?
?
校正装置PD校正装置的转折频率为,令超前cm5?
10?
.2614?
mrad?
/10s2.217?
?
?
1a32.355?
?
rad/10s?
7.161?
101?
a?
.26?
.?
323m2可以求出
11?
510.4511?
?
?
?
aT
4?
10?
217.21精品文档．
精品文档116?
103961.?
T?
?
?
5?
10161?
.72得到校正不含增益的校正装置5?
s10?
?
1?
aTs14.511'?
）G（s?
1c6?
s?
103961.?
1?
1Ts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-51],[-4.74e-4133.34]）;
den=conv（[1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]）;
margin（num,den）;
3.3bode运行程序得到图如图所示：
图用不含增益的超前图3.3校正装置校正的系统PDbode精品文档．
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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5'5?
srad?
1.26?
10/10?
1.26c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'?
c加k校正后系统的幅值大概为，加上k后应该有'?
dB4）?
9（L.c'?
0?
lgk）?
20L（c可以算出k为0.339。
所以超前PD校正装置为
?
5s?
0.5291.?
10339'?
）?
）kG（s（Gs
c11c6?
1.1396?
10?
s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-50.339],[-4.74e-4133.34]）;
den=conv（[1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]）;
margin（num,den）;
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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：
dB7GM?
.51相角裕度：
?
46?
剪切频率：
5?
s1?
.26?
rad/101c，为了经验证，超前100VPD校正为有差校正，稳态后并非达到减小系统的静差，增加PI校正环节。
环节的传递函数为PI?
?
s?
G）s（
2cs校正不应影响到PI校正已经将系统校正为稳态系统，故PD由于校正主要对系统低频起作用，根据经PI系统中的中高频特性，因此精品文档．
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验可知，这里取。
得到PI环节为?
?
?
1.?
0s/?
1000rad1c
s?
1000?
G（s）
2cs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
?
5s?
100.24?
?
）（Gs
1c?
6s?
11.396?
10s?
1000?
s）（G
2cs系统仿真4.Matlab系统仿真图如图4.1所示
系统仿真图图4.1matlab
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4.2
50V在输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图
输入电压下系统的输出50Va4.2图（）精品文档．
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4.2（b）50V输入电压下输出的纹波图
4.3
输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图在75V精品文档．
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输入电压下系统的输出）75V4.3图（a
输入电压下输出的纹波）75Vb4.3图（
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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4.4（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精品文档．
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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。
电路原理图控制器控制的闭环图5.1fuzzyboost一输出，变量的模糊集论域都选择-本系统的模糊控制器采用二输入[-1,1]为，采用常用的三角形隶属度函数。
。
和误差变化量两输入分别为误差fuzzymatlab在中建立文件，EEC精品文档．
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文件fuzzy图5.2matlab建立七个变量来描述，NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB对于输入和输出量都分别用所示。
各个变量的隶属度函数如图5.3
的隶属度函数a5.3图（）输入变量E精品文档．
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的隶属度函数ECb）输入变量（图5.3
输出变量的隶属度函数c图5.3（）
1接着根据专家经验和系统的偏差类型确定规则库，规则库设计如表所示
1fuzzy表控制器的规则库精品文档．
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NB
NM
NS
Z
PS
PM
PB
NB
NB
NB
NB
NM
NM
NS
Z
NM
NB
NB
NB
NM
NS
Z
PS
NS
NB
NM
NM
NS
Z
PS
PM
ZE
NB
NS
NS
Z
PS
PM
PB
PS
NM
NS
Z
PS
PM
PB
PB
PM
NS
Z
PS
PM
PB
PB
PB
PB
Z
PS
PM
PM
PB
PB
PB
在调试中，得到控制器。
fuzzy将隶属度函数与规则库输出文件，控制器的输入量的增益，以使ECfuzzy需要调节的是误差E和误差落在设定的域中，加限幅是为了防止输入量突然增大对输出的影响。
主电路在输入电压偏大或偏小时输出会出控制器作用下，在纯fuzzy，在主电路的输出与输入现静差，为了使输出电压稳在设定的100V之间加上一个积分环节。
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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
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输入电压下的纹波）50V（图5.4b
输入电压下系统的输出75V）（图5.5a
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输入电压下的纹波）75Vb图5.5（
输入电压下系统的输出a）98V（图5.6
输入电压下纹波（b）98V5.6图控制器很好的满足了要求，没有什么超调，从波形图可以看出，fuzzy纹波也小。
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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。
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参考文献
[1]徐德鸿，电力电子系统建模及控制，机械工业出版社，2006
[2]林飞，杜欣，电力电子应用技术的MATLAB仿真，中国电力出版社，2009
[3]胡寿松，自动控制原理，科学出版社，2001
[4]张德丰.Matlab模糊系统设计.北京：
国防工业出版社,2009
[5]席爱民，模糊控制技术，西安电子科技大学出版社，2008
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