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《升压斩波电路PI和PID调节器的优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第35卷第4期电力电子技术Vol.35,No.42001年8月PowerElectronicsAugust,2001升压斩波电路PI和PID调节器的优化设计朱鹏程,郭卫农,陈坚(华中科技大学,武汉430074)摘要:利用状态空间平均法分析了升压斩波电路,并利用小信号状态空间平均模型对升压斩波电路的PI和PID调节器进行了优化设计,最后给出了MATLAB仿真分析和实验结果。关键词:升压;斩波电路/状态空间平均法中图分类号:TP214文献标识码:A文章编号:1000-100X(2001)04-0000-00OptimumDesignofP
2、IandPIDRegulatorfortheBoostChoppingCircuitZHUPeng2cheng,GUOWei2nong,CHENJian(HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)Abstract:ThispaperpresentshowtooptimizethePIorPIDregulatorofaboostchoppingcircuitwiththeaveragestatespacemethod.Withthismethodtheregul
3、atorofaboostchoppingcircuitisdesigned.Thesimulationandexperi2mentalresultsaregiven.Keywords:boost;choppingcircuit;averagestatespacemethod1引言态转换是瞬间完成的。在电感电流连续的升压斩波升压斩波电路在各类电力电子电路中的应用十电路中,设开关管导通的占空比为D,考虑到动态分广泛,它将低压直流电变为高压直流电,为负载提过程中占空比是变动的,特用小写d来表征。设开供了稳定的直流电压。升压斩波电路的PI和P
4、ID关周期为TS,电感L的等效内阻为r。调节器的性能对输出的电压影响很大。由于这种斩波电路工作于开关模式下,是一个强非线性系统。虽然可以利用状态方程和边界条件求出任意一次开关的输出量,但对于系统分析十分不便。以下利用状态空间平均法和小信号模型对升压斩波电路PI和PID调节器参数的优化设计进行进图1简化的升压斩波电路一步的分析,并给出了MATLAB仿真结果和实验波形。2升压斩波部分模型的建立对于升压斩波电路而言,其主电路可分为输入滤波部分和升压斩波部分。为便于分析,只考虑升压斩波部分,其后的负载可以等效为一个负载电阻,因此升压斩波部分可
5、以简化为图1所示电路。图中负载用电阻R代替。此电路主要的工作状态有两种,即开关管导通模式和开关管关断模式,分别对应图2a和b。电路(a)开关管开通时的等效电路中的开关管和二极管工作在导通和截止两个状态,(b)开关管关断时的等效电路是一个强非线性系统。图2升压斩波电路两种工作状态的等效电路为了简单起见,假定开关是理想的,同时认为状对于升压斩波电路的这两种开关状态,由状态[1]空间平均法可得升压斩波电路的状态平均方程收稿日期:2001-03-01如下:定稿日期:2001-04-29作者简介:朱鹏程(19772),男,湖北武汉人,硕士研究生
6、,研究方向为电力电子与电力传动。28升压斩波电路PI和PID调节器的优化设计r1-d小信号状态平均方程。可以用稳态方程(3)求出稳·--1iLLLiL=+LVin态时的稳态解Vc,IL,D。从而根据式(6)求出对应·vC1-d1vC∧∧-0d时的暂态解。对于d而言系统的开环传递函数为:CRCv(1-D)VcrLLsILo=vc--LCLCC(1)G(s)=22r1r(1-D)s+(+)s++对基本状态平均方程组施加扰动,令瞬时值:LRCLCRLC∧Vin=Vin+Vin(7)∧由上可见,斩波器是一个二阶系统。由以上模d=D+d∧(2)
7、型可对闭环系统的PI调节器和PID调节器进行优iL=IL+iL∧化设计。vc=Vc+vc∧2.1由PI调节器组成闭环vo=Vo+vo∧∧∧∧系统的闭环结构框图如图3:式中Vin,d,iL,vc,vo对应Vin,D,IL,Vc,Vo的扰动量将式(2)代入(1),且假定动态分量远小于静态∧∧∧Vindx量,即:n1,n1,n1。再将稳态分量和扰VinDX动分量分离为二组方程,则可得到:图3由PI调节器组成的系统闭环结构框图稳态方程:KI图中G(s)由式(7)得到,M(s)=Kp+,VrefAX+BVin=0s(3)∧TVo=FX为给定控制
8、量的变化,K为反馈放大系数,Vo为对扰动方程:应输出的变化。可以得出系统的闭环传递函数为:∧dx∧∧∧∧M(s)G(s)Vrefdt=Ax+BVin+EXdVo=(8)(4)1+KM(s)G(s)∧T∧vo=Fx由稳态条
