开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研宄匪嚣鬣鬃疆零圈酾藏圈控制系统文章编号：1008—0570(2006)10—1-0029-02开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研究DesignandMat1abSimu1ationofSwitchingPowerSupp1yPIDBasedonFuzzyContro1(1.南昌大学；2.南刖：程学I皖)刘文军1?2罗玉峰1Liu,WenjunLuo,Yufeng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。仿真结果表明：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：模糊控制中图分类号：TP302文献标识码：AAbstract：ThispaperpresentsamethodofdesignandMATLABsimulationofafuzzyPID—typeofswitchpowersupply.Theexperi—mentresultsindicatethatcomparetothePIDcontrol,thefuzzycontrolhasalotofmerits,suchas，fasttransientresponse,smallturn—onovershoot,smalloutputvoltagefluctuationswithoutputcurrentchanges.Keywords:switchingpowersupply,PIDcontrol,fuzzycontrol1引言主电路拓扑结构如图1。220V单相交流电经全波不可控整流，得到约300V的直流电压，再经由IGBT开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压构成的半桥型高频变换器得到所需的高频脉动电压，电源。它以小型、高效、轻量的特点被广泛应用子各种经整流得到所需的直流电压。由于本电源功率不大（输电子设备中。幵关电源控制部分绝大多数是按模拟信出45V，10A）,故主电路采用IGBT半桥型拓扑结构，号来设计和工作的。其抗干扰能力不太好，信号有畸既防止偏磁，又节约成本，主频选为20kHz，使IGBT变。由于计算机技术突飞猛进的发展，数字信号的控工作于最佳状态。图中L1，c1用于抑制差模噪声，L2、制和处理显示出越来越多的优点：便于计算机处理和c2、c3用于抑制共模噪声。各参数的计算略。控制，避免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、多功能化方向发展。这无疑提高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，其精确模型的建立是相当J同；困难的，常采用近似处理，并且其供电系统和负载变‘越化具有不确定性，所以采用上述模拟或数字PID控制鲫方法常常难以使PID调节器的参数随之变化.控制效图1主电路原理图果不理想。近来发展起來的Fuzzy控制是一种仿人智2.2PID控制电路设计能控制法，它不依赖被控对象的数学模型，便于利用在MATLAB环境下对开关电源的主电路及PWM人的经验知识实行控制.这对于一些复杂可变的或结发生电路建模，如图3所示，图中为仿真方便起见，省构不确定难以用准确的数学模型描述的系统而言是略部分滤波，保护、吸收回路。图2是PWM子系统的非常适宜的，具有较强的鲁棒性[1],特别是对于无法仿真原理图。由于开关电源的非线性，在抽象其模型确定的复杂对象具有较好的控制性能。本文正是基于时，有很人的近似处理。根据以上模型，应用传统设计这一思想而提出开关电源模糊控制的设计与仿真。法，设计出PID控制器的传递函数为2电路结构及其控制策略G(s):盟S在后面的分析中可以看到，这种控制器在电源电2.1主电路结构压或负载发生突变时.控制性能不太理想。刘文军：博士副教授2.3模糊控制器的设计国家自然科学基金(50275070)、南昌大学2005年度校基金模糊控制器的结构如图4所示，图屮Ug为给定国黼搠邮局订阅号：82—946360元/一29—万方数据控制系统屮文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2006年第22卷第10—1期电压，Ur为反馈电压、e、ec为偏差和偏差的变化率，E，EC为模糊化后的偏差和偏差的变化率。模糊控制器的输出U经反模糊成U.再经PWM电路控制开关电根据以上设计，得到基于MATLAB的开关电源模糊控制电路如图6所示。源的主电路。3实验结果在对PID控制器和模糊控制器进行实验的基础上，对这两种控制算法进行了比较。2PWM子系统6开关电源模糊控制电路模型3.1起动阶段的动态特性比较图7的前半部分(t:0_________o.15)是起动时PID控制器的模糊控制器的输出特性比较，该曲线是在负载为图3开关电源的常规PID控制模型8.5A,输出电压设定值为38V的情况下测得的。从图...