论文部分内容阅读
DC-DC变换器广泛应用于电能传输和功率转换领域,而其传统的控制方法常以静态工作点附近的小信号线性模型来构造控制器。但是在电源电压或者负载变化较大的场合,采用此类控制方法就难以保证系统的控制性能。而且部分DC-DC变换器具有非最小相位特性,导致由这些变换器构成的系统的闭环控制出现超调、负调和动态响应慢等问题。针对具有非最小相位特性的DC-DC变换器,本文提出以变论域模糊PID控制来研究其控制性能。变论域模糊PID控制器由变论域模糊控制器和PID控制器组合而成,后者可以有效地使系统工作于静态工作点附近,而变论域模糊控制器既延续了模糊控制器的结构简单和不需要被控对象的精确数学模型的特点,同时又提高了模糊控制器的稳态控制精度、简化了模糊规则的寻优过程。综合具有非最小相位特性的DC-DC变换器与变论域模糊PID控制器的特点来看,将所提方法应用于DC-DC变换器的闭环控制上是可以尝试的。论文首先建立了DC-DC变换器中具有非最小相位特性的拓扑的小信号数学模型,分析了Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic和Zeta在升压条件下,其输出电压到占空比的传递函数。这些传递函数都具有S右半平面的零点,即这些变换器都具有非最小相位特性,由其构成的系统是非最小相位系统。其次论述了模糊控制的基础知识和变论域模糊控制的基本原理,并分析了伸缩因子在变论域模糊控制中的作用,如实现系统的高精度控制,以及模糊规则不再依赖于严苛的专家知识和工程经验等。最后以Boost和Sepic变换器为例,将变论域模糊PID控制方法应用于其闭环控制上,研究该控制方法对DC-DC升压型非最小相位系统的闭环控制性能。经由PID校正获得Boost和Sepic变换器的闭环控制参数,然后在MATLAB中的simulink环境下和实验室分别建立了Boost和Sepic的闭环仿真模型和实验样机。通过对比三种控制方式的仿真和实验结果,证明了变论域模糊PID控制有更优的控制性能。