Buck变换器的数字模糊PID控制

摘要：由Buck电路的状态空间平均法，可得到其电压控制下的动态小信号模型，并应用PID实现其精确控制。为提高控制精度和抗干扰能力，用模糊控制器对PID参数进行实时整定，给出了仿真与实验结果及结论。关键词：Buck变换器；状态空间平均法；模糊控制；PID控制

1引言

在DC/DC变换器中，电压反馈控制因具有设计分析较简单、低阻抗功率输出、负载调整率较好等优点,而被广泛应用于DC/DC变换器中。其缺点是任何输入电压或输出负载的变化必须首先转化为输出电压的变化，然后再经反馈环采样控制调节，这意味着动态反应速度慢。输入电压变化带来的问题，一般可采用电压前馈技术解决。而要获得系统的快速性，主要有以下方案可供选择： 1）引入电流负反馈；

2）在主电路中增加阻尼极点或补偿极点；

3）提高开关频率以减小低通滤波器电感或电容

值；

4）采用PID调节。

其中唯有4）采用PID调节是较为可行的方法[1]。但单纯的PID调节对于处理DC/DC变换器的非线性等问题不够理想。模糊控制正好可以弥补这方面的不足。

近年来，随着芯片技术的不断发展，特别是DSP芯片价格的下降和速度的提高，DC/DC变换器控制技术正向着数字化、智能化控制方向发展。这是开关稳压电源高精度控制发展的必然趋势，也是21世纪开关稳压电源研究的一个重要课题。

考虑到以上各种因素，本文以Buck电路为例，介绍电压反馈控制模式下,DC/DC变换器系统数字模糊PID控制的原理、方法与实现。

2Buck电路动态小信号分析

考虑实际电感和电容存在电阻值，设分别为RL、RC(如图1所示)。根据状态空间平均法，可得到Buck电路的状态平均方程为：=AX＋BUin（1）

Uout=CX（2）式中：X=；

图1 Buck变换器电路拓扑图

图2Buck变换器开环控制方框图

(b)PID控制系统的频率特性

图3系统开环及使用PID控制的频率特性BODE图