开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研究.docx

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1、开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研究开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研究ronggang导语：本文提出了一种开关电源模糊控制PID的的设计和MATLAB仿真方法。仿真结果说明：具有模糊控制的PID动态响应快、超调量小、负载变化引起输出电压的变化小摘要：本文提出了一种开关电源模糊控制PID的的设计和MATLAB仿真方法。仿真结果说明：具有模糊控制的PID动态响应快、超调量小、负载变化引起输出电压的变化小。关键词：开关电源;PID控制;模糊控制Abstract：ThispaperpresentsamethodofdesignandMATLABsimulationofaf

2、uzzyPID-typeofswitchpowersupply.TheexperimentresultsindicatethatcomparetothePIDcontrol，thefuzzycontrolhasalotofmerits，suchas，fasttransientresponse，smallturnonovershoot，smalloutputvoltagefluctuationswithoutputcurrentchanges.Keywords：switchingpowersupply;PIDcontrol;fuzzycontrol开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源。它

3、以小型、高效、轻量的特点被广泛应用于各种电子设备中。开关电源控制局部绝大多数是按模拟信号来设计和工作的，其抗干扰才能不太好，信号有畸变。由于计算机技术突飞猛进的开展，数字信号的控制和处理显示出越来越多的优点：便于计算机处理和控制，防止模拟信号传递畸变失真，减少杂散信号的干扰，软件调试方便等，出现了数字PID控制。它使得开关电源向数字化、智能化、多功能化方向开展。这无疑进步了开关电源的性能和可靠性。但由于开关电源本身是一个非线性的对象，其准确模型的建立是相当困难的，常采用近似处理，并且其供电系统和负载变化具有不确定性，所以采用上述模拟或者数字PID控制方法经常难以使PID调节器的参数随之变化，控

4、制效果不理想。近来开展起来的Fuzzy控制是一种仿人智能控制法，它不依靠被控对象的数学模型，便于利用人的经历知识实行控制，这对于一些复杂可变的或者构造不确定难以用准确的数学模型描绘的系统而言是非常适宜的，具有较强的鲁棒性1，十分是对于无法确定的复杂对象具有较好的控制性能。本文正是基于这一思想而提出开关电源模糊控制的设计与仿真。2电路构造及其控制策略2.1主电路构造主电路拓扑构造如图1。220V单相沟通电经全波不可控整流，得到约300V的直流电压，再经过IGBT构成的半桥型高频变换器得到所需的高频脉动电压，经整流得到所需的直流电压。由于本电源功率不大输出45V，10A，故主电路采用IGBT半桥型

5、拓扑构造，既防止偏磁，又节约本钱，主频选为20kHz，使IGBT工作于最正确状态。图中L1，C1用于抑制差模噪声，L2、C2、C3用于抑制共模噪声。各参数的计算略。align=center图1主电路原理图/align2.2PID控制电路设计在MATLAB环境下对开关电源的主电路及PWM发生电路建模，如图3所示，图中为仿真方便起见，省略局部滤波，保护、吸收回路。图2是PWM子系统的仿真原理图。由于开关电源的非线性，在抽象其模型时，有很大的近似处理。根据以上模型，应用传统设计法，设计出PID控制器的传递函数为在后面的分析中可以看到，这种控制器在电源电压或者负载发生突变时，控制性能不太理想。alig

6、n=center图2PWM子系统图3开关电源的常规PID控制模型/align2.3模糊控制器的设计模糊控制器的构造如图4所示，图中Ug为给定电压，Ur为反应电压、e、ec为偏向和偏向的变化率，E，EC为模糊化后的偏向和偏向的变化率，模糊控制器的输出U经反模糊成u，再经PWM电路控制开关电源的主电路。align=center图4开关电源的模/align输入、输出语言变量均取7个语言值，即：PB、MB、PS、ZE、NS、NM、NP。在各语言变量论域上用以描绘模糊子集的隶属函数如图5所示。根据经历所得的模糊控制表如下：align=center图5输入、输出变量的隶属函数/align模糊推理规那么表根

7、据以上设计，得到基于MATLAB的开关电源模糊控制电路如图6所示。3实验结果在对PID控制器和模糊控制器进展实验的根底上，对这两种控制算法进展了比拟。align=center图6开关电源模糊控制电路模型/align3.1起动阶段的动态特性比拟图7的前半局部t：00.15是起动时PID控制器的模糊控制器的输出特性比拟，该曲线是在负载为8.5A，输出电压设定值为38V的情况下测得的。从图中可以看出模糊控制要比PI控制的超调量小得多，模糊控制可以使得系统在起机时不会有大的过压，这对于设备的正常运行是非常有好处的。align=center图7起动特性及工作点变化的动态特性/align3.2参数变化时的

8、动态特性比拟由于开关电源的负载所需的电压要求可调，即工作点可变。图7的后半局部t：0.150.3展示了工作点发生变化电压：38V28V，电流：8.5A6.4A时，PID控制器和模糊控制器的动态特性，由图可看出：当工作点发生变化时，模糊控制比PID控制的动态经过快速且无震荡。4完毕语模糊控制是一种非线性控制，其控制规那么是以人的经历为根底的，对于像开关电源这类的非线性对象的控制具有良好的鲁棒性和抑制超调的才能。在开关电源中引入模糊控制策略，将为开关电源的开展创始新的场面。本论文的创新点是提出了一种开关电源模糊控制PID的的设计和MATLAB仿真方法。1丁芳，李艳芳，费玉龙智能PID算法在液位控制系统中的应用.微计算机信息2006年第6-1期2全杰，秦世引，段建民.基于Matlab命令方式的模糊控制系统仿真及可视化实现J.计算机仿真,2002,193:113-114.3张国良,曾静,柯熙政,邓方林.模糊控制及其MATLAB应用M.西安交通大学出版社,西安,2002.4孙亮.MATLAB语言与控制系统仿真M.北京工业大学出版社。5王淑青，杨桦，何涛模糊PID复合控制在变频空调中应用研究微计算机信息2006年第6-1期