BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真.doc
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1、-_1.1.设计要求设计要求(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.boostboost 电路拓扑和各参数值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IocIocIomax中2)1 (2DDLTUIo oc2)1 (202LDDTUo代入可求得电感值为。在仿真中,HL52. 375. 025. 02021001025
2、为了保证电感电流续流,我们取。HL20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:RCDT UooU可以推出HRUDTUCoo50105 . 01025. 01005 在仿真中,为了确保输出电压纹波小于设定值,C 取。H500-_3.3.PIDPID 控制器的控制器的 boostboost 电路仿真电路仿真用 PID 控制器控制的闭环 boost 电路的原理图如图 3.1 所示图 3.1 PID 控制的闭环 boost 电路原理图经过小信号建模可得开环传递函数为2 22 )/()1 ( )(DsRLLCsRDsLUD sGovd 代入数据可
3、得11056. 31078. 1s1074. 434.13375. 0)10/1020(105001020)1075. 010201 (10075. 0)(62842626626 ssssssGvd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);-_-100-50050100Magnitude (dB)10310410510610790180270360Phase (deg)Bode Diagram Gm = -42.5 dB (at 1.06e+04 rad/s)
4、, Pm = -17.4 deg (at 8.9e+04 rad/s)Frequency (rad/s)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dBGMo5 .42,剪切频率为。4 .170srad /109 . 84 c0下面进行超前 PD 校正,使前向通道传递函数满足。45超前 PD 校正装置传递函数是TsaTsksGc11)(1超前 PD 校正装置增加的相角为700m则有3 .32sin1sin1mma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20kHz,再由公式f2-_得。sradc/1026. 15令超前 PD 校正装置,校正
5、装置的转折频率为 cmsradam/10217. 23 .321026. 1451sradam/10161. 73 .321026. 155 2可以求出5 4 110511. 410217. 211aT6 5 210396. 110161. 711T得到校正不含增益的校正装置ss TsaTssGc65 110396. 1110511. 41 11)(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
6、程序得到 bode 图如图 3.3 所示:-_-50050100Magnitude (dB)10310410510610710890180270360450Phase (deg)Bode Diagram Gm = -1.89 dB (at 4.24e+05 rad/s) , Pm = -18.4 deg (at 6.18e+05 rad/s)Frequency (rad/s)System: untitled1 Frequency (rad/s): 1.17e+05 Magnitude (dB): 10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
7、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sradc/1026. 1551026. 1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 校正后系统的幅值大概为,加上 k 后应该有 cdBLc4 . 9)(0lg20)(kLc可以算出 k 为 0.339。所以超前 PD 校正装置为110396. 1339. 010529. 1)()(65 11ssskGsGcc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
8、(1.396e-6 1,1.78e-8 3.56e-6 1);margin(num,den);-_-50050100Magnitude (dB)10310410510610710890180270360450Phase (deg)Bode Diagram Gm = 7.51 dB (at 4.24e+05 rad/s) , Pm = 46 deg (at 1.26e+05 rad/s)Frequency (rad/s)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:dBGM51. 7相角裕度:46剪切频率:sradc/1026. 15 1经验证,超前 PD 校正为有差
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