[發(fā)明專利]同時修正誤差因子和PID控制系數(shù)的模糊-PID數(shù)字電壓補償器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011235120.1
• 申請日: 2020-11-08
• 公開（公告）號: CN112415890A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設計）人: 劉建富;魏廷存;陳楠
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種同時修正誤差因子和PID控制系數(shù)的模糊?PID數(shù)字電壓補償器，屬于電力電子領域。主要由兩個模糊控制器、一個PID控制器、一個延遲單元組成。模糊控制器1修正PID控制系數(shù)，模糊控制器2對誤差電壓進行修正，PID控制器產(chǎn)生數(shù)字占空比，以調(diào)節(jié)輸出電壓。通過兩個模糊控制器和PID控制器的協(xié)同工作，提高了數(shù)字電壓補償器的自適應能力，從而提高了數(shù)字電源的瞬態(tài)性能。通過采用兩個模糊控制器和兩個不同的模糊控制規(guī)則表，克服了常規(guī)模糊?PID控制器由于只修正控制系數(shù)所導致的自適應能力弱、非線性特征不明顯的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于電力電子領域，涉及一種同時修正誤差因子和PID控制系數(shù)的模糊 -PID數(shù)字電壓補償器，尤其適用于數(shù)字控制DC-DC開關變換器。

背景技術

數(shù)字控制降壓型DC-DC開關變換器(簡稱為數(shù)字電源)的結構原理圖如附圖7 所示。負載端的模擬輸出電壓v_o(t)經(jīng)ADC轉換為數(shù)字輸出量v_o[n]，然后將v_o[n]與基準電壓v_ref[n]之間的誤差信號e[n]送入數(shù)字電壓補償器。在數(shù)字電壓補償器中，采用特定的數(shù)字控制算法(例如PID算法)計算數(shù)字占空比信號d[n]，然后經(jīng)數(shù)字脈寬調(diào)制器(DPWM：DigitalPulse Width Modulation)將該數(shù)字占空比信號d[n]轉換為模擬占空比信號d(t)，最后經(jīng)驅動緩沖器(Gate driver)控制開關管S_p和S_n的導通或關閉，以調(diào)節(jié)輸出電壓v_o(t)使其穩(wěn)定在基準電壓值。

對于數(shù)字控制DC-DC開關變換器，為了減小系統(tǒng)的擾動恢復時間，提高變換器的瞬態(tài)性能，需要在線性PID控制的基礎上，加入自適應或智能化的非線性控制。當負載或輸入電壓突然發(fā)生變化時，數(shù)字電壓補償器暫時脫離線性PID控制，而進入非線性控制模式，以提高瞬態(tài)響應速度；當變換器的輸出電壓接近穩(wěn)態(tài)輸出時，又回到線性PID控制模式，以減小穩(wěn)態(tài)輸出誤差。

數(shù)字電壓補償器的控制方式包括傳統(tǒng)的線性PID控制、模糊-PID控制和滑模控制等。傳統(tǒng)的線性PID控制基于穩(wěn)態(tài)時的小信號平均模型，具有穩(wěn)態(tài)誤差小的優(yōu)點，缺點是瞬態(tài)響應速度慢。模糊控制和滑模控制都是非線性控制，具有瞬態(tài)響應速度快的優(yōu)點。但是，模糊控制由于沒有積分作用，穩(wěn)態(tài)誤差較大，且輸出電壓發(fā)生擾動后無法回到基準電壓值；滑模控制在穩(wěn)態(tài)時存在抖振現(xiàn)象，且無法徹底消除。

文獻“Field programmable gate array implementation of a single-inputfuzzy proportional-integral-derivative controller for DC-DC buck converters，IET Power Electron., 2016,Vol.9,Iss.6,pp.1259–1266”中提出了一種應用于數(shù)字電源控制的模糊-PID數(shù)字電壓補償器，將線性PID控制與非線性模糊控制相結合，在減小變換器穩(wěn)態(tài)誤差的同時提高了其瞬態(tài)響應速度。但是，在該數(shù)字電壓補償器中，由于模糊控制算法僅限于對PID控制系數(shù)的修正，沒有對誤差因子本身進行修正，導致模糊控制子集區(qū)間的劃分過于粗糙，影響瞬態(tài)響應速度的提升效果。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術問題

為了克服線性PID控制器和常規(guī)模糊PID控制器的自適應能力弱、瞬態(tài)響應特性差的問題。本發(fā)明提出一種同時修正誤差因子和PID控制系數(shù)的模糊-PID數(shù)字電壓補償器。

技術方案