用于Buck型DC-DC变换器的模糊控制算法的设计与FPGA实现

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近些年来,随着低电压便携式设备的发展,在一些要求较高的应用场合,传统的DC-DC变换器实际应用效果不是很理想,这主要是因为DC-DC变换器是一个非线性对象,精确建立其模型是相当困难的,常采用近似处理的方法,但由于其供电系统、负载变化以及外界干扰的不确定性,故采用传统的线性控制算法无法达到满意的性能。   本论文的主要内容是设计用于数字DC-DC变换器的控制算法,主要指标来源于国家核高基重大科技专项“数字辅助功率集成技术研究”的要求。首先,研究了Buck型DC-DC变换器的主拓扑结构,运用状态空间平均法对其建模,之后基于该模型利用直接设计法设计了数字PID补偿算法并实现:其次,设计并实现了用于Buck型DC-DC变换器的常规的模糊控制算法,并验证了使用常规的模糊控制算法的系统的鲁棒性和实时性优于线性的控制算法;最后,结合数字PI补偿算法,设计并实现了一种简化的模糊控制算法--单输入模糊控制算法,这种算法因为只有单个输入,相应的模糊规则条数明显减少,在继承常规的模糊控制算法的优点的同时,更具有设计、调节和硬件实现简单的优势。   本文重点研究了数字。DC-DC变换器的控制算法,内容涉及主拓扑及各功能模块的建模、数字PID补偿算法、常规的模糊控制算法及单输入模糊控制算法的设计及实现。最后,通过FPGA验证,对比了这三种控制算法的性能,实验结果验证了模糊控制算法的优越性。主要性能指标为:开关频率1MHz,输入电压2.7~3.5V,输出电压0.8~1.5V,输出最大电流300mA,输出电压超调量量≤20%,输出电压稳态误差控制在5%以内。  
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