一种Boost变换器模糊控制方法技术

本发明专利技术涉及一种Boost变换器模糊控制方法，包括步骤：获取Boost变换器的负载上输出电压，并将其转化为数字离散化电压，将其与参考电压相比得到电压偏差量和电压偏差变化率；将电压偏差量和电压偏差变化率输入模糊控制器，得到三路输出变量，分别对应PID控制算法的比例、积分和微分控制参数，以控制PID控制器输出相应的占空比，将其经过数字脉宽调制器产生对应的占空比，以控制Boost变换器中的IGBT管的开关状态，进而调节Boost变换器的输出电压。本发明专利技术能够解决Boost变换器的非线性特性对瞬态能力的影响，提高Boost变换器的动态性能以及响应速度，减小系统的超调量，缩短系统的调节时间，提升系统抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种Boost变换器模糊控制方法
本专利技术涉及电力电子变换
，特别是一种Boost变换器模糊控制方法。
技术介绍
传统上，Boost变换器大多都采用模拟控制的方法。然而，近年来对于Boost变换器这类的DC/DC开关变换器采用数字控制的技术日益趋于成熟再加上集成电路的成本减低，这就使得数字控制的可行性大大增加。相比于模拟控制的策略，数字控制的灵活性、稳定性和可靠性更高，可以实现更复杂更精准的控制方式。由数字控制方式取代模拟控制方式成为了电力电子功率变换器的一大发展趋势。基于数字PWM(DPWM)控制器的成功应用，在离散数字补偿器、模数转换器和高分辨率调节器等数字控制所需的关键部分的构建和组成方面都已经取得了许多进步。目前，在Boost变换器数字控制的控制环路设计中，PID控制是最常见的控制策略，其以Boost变换器系统的抽象数学模型为基础，通过控制输出变量的误差动态调节占空比，实现对输出电压或者其他变量的控制。然而由于变换器系统的固有非线性特性影响PID控制效果和控制品质，变换器系统的稳定性和瞬态响应性能较差。数字Boost变换器系统属于时滞后系统，环路时延是数字控制系统中的固有缺陷，降低了变换器的瞬态响应能力，且系统开关频率越高，该时间延迟对系统瞬态响应能力的影响越明显。此外，由于Boost变换器是一种较强的非线性系统，普通的PID控制不足以满足其不断提高的性能指标要求。而模糊控制具有对数学模型的模糊化，即在设计的过程中不需要对控制对象建立准确的数学模型，它是基于相关专家的知识储备以及操作人员的实践经验来进行控制的，具有原理简单、实用性强、实时性好等诸多优点，近些年来在电力电子DC/DC变换领域得到了广泛的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种Boost变换器模糊控制方法，以解决Boost变换器的非线性特性对瞬态能力的影响，提高Boost变换器的动态性能以及响应速度，减小系统的超调量，缩短系统的调节时间，提升系统抗干扰能力。本专利技术采用以下方案实现：一种Boost变换器模糊控制方法，包括以下步骤：获取Boost变换器的负载上输出电压V0(t)，并将其转化为数字离散化电压V0(n)；将V0(n)与参考电压Vref(n)相比得到电压偏差量e(n)和电压偏差变化率ec(n)；将电压偏差量e(n)和电压偏差变化率ec(n)输入模糊控制器，得到三路输出变量KP、KI和KD，分别对应PID控制算法的比例、积分和微分控制参数，以控制PID控制器输出相应的占空比D(n)；将D(n)经过数字脉宽调制器产生对应的占空比D(t)，以控制Boost变换器中的IGBT管的开关状态，进而调节Boost变换器的输出电压。进一步地，所述将电压偏差量e(n)和电压偏差变化率ec(n)输入模糊控制器，得到三路输出变量KP、KI和KD具体采用下式：式中，K′P、K′I、K′D是设定好的初始PID参数，ΔKP、ΔKI、ΔKD为与输入语言变量e(n)、ec(n)相对应的输出语言变量；其中，e(n)和ec(n)的变化范围设定为[-3，3]区间的连续变化量，使之离散化，构成7个整数元素的离散集合：e(n)＝ec(n)＝{-3,-2,-1,0,1,2,3}；输出语言变量ΔKP、ΔKI、ΔKD用以确定控制量，并规定其模糊子集为：ΔKP、ΔKI、ΔKD＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；其中，{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}即{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；令e(n)与ec(n)以及ΔKP、ΔKI、ΔKD都采用三角形隶属函数。进一步地，根据不同的e(n)和ec(n)对参数KP、KI和KD进行调节的原则，制定以下模糊规则：1)当e(n)∈{NB,PB},ec(n)∈{NB,PB}时，ΔKP取{NB,ZO,PB}；ΔKD取{PS,PB}的值；ΔKI取{NB,ZO,PB}；2)当e(n)∈{NB,PB},ec(n)∈{NM,PM}时，ΔKP取{NB,ZO,PS,PB}；ΔKD取{NB,ZO,PB}的值；ΔKI取{NS,NM,PS,PM}；3)当e(n)∈{NB,PB},ec(n)∈{NS,ZO,PS}时，ΔKP取{NM,PM,PB}；ΔKD取{NM,NS,PS,PM}的值；ΔKI取{NB,PS,PM}；4)当e(n)∈{NM,PM},ec(n)∈{NB,PB}时，ΔKP取{NB,ZO,PS,PB}；ΔKD取{NB,ZO,PB}的值；ΔKI取{ZO,PS,PB}；5)当e(n)∈{NM,PM},ec(n)∈{NM,PM}时，ΔKP取{NB,ZO,PB}；ΔKD取{NB,ZO,PB}的值；ΔKI取{NS,PS}；6)当e(n)∈{NM,PM},ec(n)∈{NS,ZO,PS}时，ΔKP取{NM,NS,PM,PB}；ΔKD取{NM,NS,PS,PM}的值；ΔKI取{NB,NM,PS}；7)当e(n)∈{NS,ZO,PS},ec(n)∈{NB,PB}时，ΔKP取{NM,PS,PM}；ΔKD取{NB,NM,PS,PB}的值；ΔKI取{ZO}；8)当e(n)∈{NS,ZO,PS},ec(n)∈{NM,PM}时，ΔKP取{NM,PS,PM}；ΔKD取{NM,NS,PS,PM}的值；ΔKI取{NM.NS,ZO}；9)当e(n)∈{NS,ZO,PS},ec(n)∈{NS,ZO,PS}时，ΔKP取{NM,NS,ZO,PS,PM}；ΔKD取{NS,ZO,PS}的值；ΔKI取{NM,NS,ZO}。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：1、本专利技术提出的控制方法可以使Boost变换器在连续工作模式下快速跟踪设定值，并且在线调节使其几乎没有超调，对参数的变化几乎没有影响，具有更强的抗扰性能及适应力。2、本专利技术在线调节PID控制器的参数，可以调整由于外界干扰以及负荷变动而导致电压波动，使其控制在合理的范围内，从而提高系统的稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例的模糊PID方法流程图。图2为本专利技术实施例的电路原理框架图。图3为本专利技术实施例的Boost变换器模糊控制器的基本结构图。图4为本专利技术实施例的理想Boost变换器的开关网络平均等效模型。图5为本专利技术实施例的非理想化Boost变换器的直流等效电路。图6为本专利技术实施例的模糊控制输入变量隶属函数图。图7为本专利技术实施例的模糊控制输出变量隶属函数图。图8为本专利技术实施例的两种不同控制方式下Boost变换器在CCM模式下的输出电压曲线图。图9为本专利技术实施例的两种不同控制方式下负载变动时Boost变换器在CCM模式下的输出电压变化曲线图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Boost变换器模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取Boost变换器的负载上输出电压V

【技术特征摘要】
1.一种Boost变换器模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取Boost变换器的负载上输出电压V0(t)，并将其转化为数字离散化电压V0(n)；
将V0(n)与参考电压Vref(n)相比得到电压偏差量e(n)和电压偏差变化率ec(n)；
将电压偏差量e(n)和电压偏差变化率ec(n)输入模糊控制器，得到三路输出变量KP、KI和KD，分别对应PID控制算法的比例、积分和微分控制参数，以控制PID控制器输出相应的占空比D(n)；
将D(n)经过数字脉宽调制器产生对应的占空比D(t)，以控制Boost变换器中的IGBT管的开关状态，进而调节Boost变换器的输出电压。


2.根据权利要求1所述的一种Boost变换器模糊控制方法，其特征在于，所述将电压偏差量e(n)和电压偏差变化率ec(n)输入模糊控制器，得到三路输出变量KP、KI和KD具体采用下式：



式中，K′P、K′I、K′D是设定好的初始PID参数，ΔKP、ΔKI、ΔKD为与输入语言变量e(n)、ec(n)相对应的输出语言变量；其中，e(n)和ec(n)的变化范围设定为[-3，3]区间的连续变化量，使之离散化，构成7个整数元素的离散集合：
e(n)＝ec(n)＝{-3,-2,-1,0,1,2,3}；
输出语言变量ΔKP、ΔKI、ΔKD用以确定控制量，并规定其模糊子集为：
ΔKP、ΔKI、ΔKD＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；
其中，{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}即{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；
令e(n)与ec(n)以及ΔKP、ΔKI、ΔKD都采用三角形隶属函数。


3.根据权利要求2所述的一种Boost变换器模糊控制方法，其特征在于，根据不同的e(n)和ec...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，吴维鑫，张钟艺，李泽文，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35