dc-dc的pid算法研究

《dc-dc的pid算法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、DC/DC变换器数字PID控制方法研究时间：2009-04-2016:09:10来源：《电源世界》作者：   1引言   随着DSP等数字信号处理器的出现，电力电子电路的数字控制得到了很大的发展。数字处理器能够瞬时读取变换器的输出值，并快速地计算出控制值对变换器进行控制。由于数字控制可以采用灵活的控制策略，一些先进的控制方法应用于电力电子电路成为可能。随着数字处理器价格不断下降和性能的不断提升，应用数字控制的开关型电力变换装置会日益增多。未来电力电子的发展方向可以用“高频化、数字化、绿色化、模块化”来概括。   PID控制是最早发展起来的控制策

2、略之一，由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高，被广泛应用于各种控制中，尤其适合可建立精确数学模型的确定性系统。但实际的电力电子系统是一个线性和非线性相结合的系统，难以建立精确的数学模型。在实际调试过程中，PID参数往往整定不良、性能欠佳，适应性比较差，长期以来，人们一直在寻求数字PID参数的整定方法。本文根据变换器系统的硬件条件将采样频率调至极限值，提高系统的控制性能，运用极点配置的方法整定PID的比例、积分、微分系数，并通过MATLAB仿真修订这些参数，得到良好的控制效果。   2控制对象简介   本文控制的对象为移相全桥零电压开关变换器。主电

3、路如图1所示。这种变换器结合了零电压准谐振技术和传统PWM变换器技术两者的优点，工作频率固定，在换向过程中利用LC谐振使器件零电压开关，在换向完毕后仍然采用PWM技术传送能量，开关损耗小、可靠性高，是一种适合于大中功率开关电源的软开关电路。图1移相控制的全桥变换器   控制器为Motorola公司DSP芯片56F8323，开关频率为150kHz，采用输出电压单环控制，电压环采样频率为25kHz。电压环中，采样输出电压和计算输出电压偏差以及偏差变化，完成电压环的PID计算，同时完成过压保护等功能。计算结果作为移相角大小的依据，实现对变换器的控制。

4、   在这里，为了建立一个形式简单而且不依赖具体负载类型的DC/DC变换器的数学模型做如下一些假设：   ①功率开关管是理想的器件；   ②LC构成低通滤波器；   ③高频变压器为理想变压器；   ④考虑开关管的的导通压降、死区效应、线路电阻以及滤波电感的等效串联电阻这些阻尼因素，综合一个等效电阻为r。   3两种数字PID控制方法比较   数字控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此积分项和微分项需要进行离散化处理。以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以求和代替积分，以增量代替微分，可以得到离散的位置式PID表达式：

5、   位置式PID控制算法流程如图2所示。 图2位置式PID控制算法流程图   当执行机构需要控制量的增量，由式（1）可以导出增量式的PID控制算法，见式（2）。增量式PID控制算法流程如图3所示。       位置式算法是全量输出，每次的输出都与过去的状态有关，计算时要对e(k)进行累加，数字处理器运算量很大。而且，一旦出现问题，控制器的输出幅值会很大，从而导致执行机构大幅度变化，这种情况应该避免。而增量式算法就不存在这个问题，它是增量输出，不需要对过去的状态进行累加，误动作影响小。增量算法也有不足，有静态误差。因此，如果精度要求高、动作比较

6、快的场合用位置算法，如本文电力电子变换器的控制；如果执行的时间比较长，如电机调速控制等，则选择增量式。本文中为了克服位置式算法的缺点，引进抗积分饱和，设置限制范围，避免控制器大幅值的变化。   4DC/DC变换器数字PID参数整定   4.1采样频率的确定   采样频率在数字控制系统中是一个很重要的参量，从信号保真和控制性能角度看变换器系统的采样频率越高越好。采样频率越高，对硬件要求越高，从而增加硬件的成本。所以选择采样周期应该采取折中的方法选择最佳的采样周期。 图4判断程序执行结束示意图   本文的数字控制器选用的是Freescale公司的M

7、C56F8323芯片，主频达到60MHz。为了在现有的硬件条件下确定变换器系统能达到的最大采样频率，在中断程序开始处利用一个通用输入输出端口加以电平翻转指示信号，不断的提高采样频率，根据翻转信号判断中断程序能否执行完，如果指示信号频率小于采样频率的一半，如图4最后一种情况所示，即说明实时中断无法在指定时间内完成，即为现有条件下系统的最大允许采样频率。不同的算法程序，变换器系统能达到的最高采样频率也不一样。   4.2极点配置选择PID参数   数字控制系统，尽管是一个离散系统，如果采样周期T取值足够小，数字控制系统可以近似看作连续系统，对连续系

8、统控制参数进行离散化后，由数字控制器实现变换器的调节。   按照上面的假设，当变换器的LC输出滤波器的截止频率远远小于开关频率，同时直流母线的输入电压