DC_DC变换器预测模糊PID控制策略与实现

DC_DC变换器预测模糊PID控制策略与实现 DC／DC变换器预测模糊PID控制策略与实现刘栩，冀捐灶，牛刚 (空军工程大学，陕西西安710038) 摘要：提出一种航空静止DaDC变换器的预测模糊PID控制策略，该方法完全补偿了数字控制系统的控制延迟，极大节约了数字控制器的资源。以DSP芯片TMS320LF2407为主处理单元，双管正激电路为主功率电路，设计并调试了一台500W的原理样机。实验结果显示，该控制器的控制效果良好，样机的性能基本达到预期技术指标。关键词：DC／DC变换器；模糊PID：预测控制中图分类号：TM912 文献标...

DC／DC变换器预测模糊PID控制策略与实现刘栩，冀捐灶，牛刚 (空军工程大学，陕西西安710038) 摘要：提出一种航空静止DaDC变换器的预测模糊PID控制策略，该方法完全补偿了数字控制系统的控制延迟，极大节约了数字控制器的资源。以DSP芯片TMS320LF2407为主处理单元，双管正激电路为主功率电路，设计并调试了一台500W的原理样机。实验结果显示，该控制器的控制效果良好，样机的性能基本达到预期技术指标。关键词：DC／DC变换器；模糊PID：预测控制中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1002—087X(2009)12—1117-03 ControlstrategyandrealizationofforecastfuzzyPIDonaviationstatic DC／DCconverter LIUXu，JIJuan-zao，NIUGang (AirForceEngineeringUniversity，Xi'anShanxi710038，China) Abstract：AcontrolstrategyofforecastfuzzyPIDonaviationstaticDC／DCconverterwasproposedinthispaper， whichcouldcompensatethedelayofdigitalcontrolsystemcompletely，andsavetheresourceofthecontroller．A500 WprinciplesamplewasdesignedwithDSPchipTM320LF2407asitsmaindisposalunit．andthedoubleswitch forwardcircuitasitspowertransformationunit．Theexperimentresultsshowthatthecontrollerisefficient，andthe performanceofthesamplebasicallyreachesthetargetofanticipation． KeyWOrds：DC／DCconverter；fuzzyPID：forecastcontroI 在传统的航空供电体系中，低压直流和恒频交流供电系统发挥了很大作用，但其固有的一些缺点使其不能满足新一代战机对电源性能的更高要求，研究和设计高性能的DC／DC 变换器对推进航空高压直流供电体系的发展有着十分重要的意义。数字控制系统存在着控制延迟问题，即第女个采样周期计算得到的结果要到第k+1个采样周期才能得以利用，致使控制作用存在一个采样周期的延迟，延迟环节引起的滞后会使系统相位裕度减小。针对数字控制系统存在延迟特性，运用预测控制方法，提出一种数字预测模糊PID控制器，实验结果表明，该控制器的控制效果良好，原理样机的性能基本达到预期技术指标。 1航空静止DC／DC变换器设计 1．1系统结构本文实现的基于DSP的航空静止DC／DC变换器是能够在线热插拔的模块化静止变换器。主要由主功率电路、驱动电路、主控芯片、输人输出滤波器、采样及保护电路等几部分组成，总体结构如图l所示。其中，输入输出滤波器为LC低通滤波器；主功率电路为收稿日期：2009—05—19 作者简介：刘栩(1985一)男。河北省人．硕士研究生。主要研究方向为电能监控与处理。 Biography：LIUXu(1985一)，male，candidateformaster， V 图1系统总体结构 Fig．1Structureofthewholesystem 双管正激【11拓扑结构，主要由IGBT开关管和功率二极管组成；驱动电路主要给开关管提供驱动信号；主控芯片为控制算法的实现提供平台，同时为系统提供必要的保护；采样电路包含输出电压、电流的A／D采样；机内辅助电源主要是向主控芯片、驱动、保护及采样电路提供多路电源。 1．2硬件设计以DSP芯片TMS320LF2407为主处理单元；主功率管采用IR公司生产的IRG4PC40U型的IGBT作为主功率管；由于变压器工作频率较高，因此整流二极管和续流二极管均选取快速恢复二极管，型号为STTA9012TV，平均电流为45A，反向峰值电压为1200V；高频变压器选取的磁芯材料是EI 型铁氧体R2KBD，其剩磁低，电阻率高，可工作至150kHz，是比较理想的磁性材料；机内辅助电源采用型号为T0227Y的集成开关电源芯片。 1117 2009，12VoI．33No．12 万方数据 1．3双管正激电路双管正激电路拓扑如图2所示，主要由两个开关管S。、S：和两个二极管D。、D：组成。该电路的优点：结构简单，控制容易；克服了单端正激变换器中开关管应力高的缺点；桥臂上串联的二极管具有箝位主功率管电压尖峰和为变压器提供磁复位通路的作用，不需要增加特殊的复位电路就可以保证变压器的可靠磁复位；每一个桥臂都是由一个开关管和一个二极管串联而成的，从结构上消除了上下桥臂直通的现象，可靠性高。通过以上分析，双管正激电路适合高压输入低压输出航空静止DC／DC变换器的需要，因此，本文选取双管正激电路作为主功率电路拓扑。 + 图2 双管正激电路拓扑结构 Fig．2Tow-transistorforwardconvertertopology + 2模糊PID控制器的设计 2．1确定模糊变量本文选取两个模糊输入变量，分别定义如下：变换器实际输出电压V0与参考电压％的误差e：e(曲=蹦埘一V0㈣；误差变化量CC：ec=e(k)一e(k一1)。输出模糊变量：PID控制器的三个参数的变化量△砭、△K和△鼠。 2．2确定隶属函数隶属函数应覆盖整个取值范围，同时，之间应该有重叠，以便提高鲁棒性，一般重叠率为25％～50％。根据DC／DC变换器实际工作情况[2】，这里将e和oc的变化范围定义为： e=ec={一3，一2，一1，0，l，2,3}，其模糊子集为{NB，NM，NS，ZE， PS，PM，PBl，它们的隶属函数选为三角形。将P[D控制器的三个参数变化量△KI、△K和△妫的变化范围分别定义为：△KD={一0．3，一0．2，--0．1，0,0．1，0．2，0．3}，AKi= {一0．06，一0．04，一O．02，0，0．02，0．04，0．06}，△K产f一3，～2，一1，0， l，2,3{，模糊子集为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，隶属函数服从正态分布。 2．3设计控制规则根据e和ec的变化情况，可以确定PID参数变化的规则，分别从以下几个方面进行讨论∞】： (1)当Ie(曲I>M1时(Ml为设定的阀值)，说明输出电压偏差的绝对值已经很大，无论偏差朝哪个方向变化，都应该按控制器的最大作用进行控制，以迅速调整偏差。 (2)当e(妁ec(k)>O时，如果M：

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