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  • DC/DC变换器数字PID控制方法研究

    发布时间: 2022-04-13 05:40首页:主页 > 产业 > 阅读()
    本文摘要:1章节随着DSP等数字信号处理器的经常出现,电力电子电路的数字控制获得了相当大的发展。数字处理器需要瞬时加载变换器的输入值,并较慢地计算出来出有掌控值对变换器展开掌控。 由于数字控制可以使用灵活性的控制策略,一些先进设备的掌控方法应用于电力电子电路沦为有可能。随着数字处理器价格大大上升和性能的大大提高,应用于数字控制的电源型电力转换装置不会日益激增。 未来电力电子的发展方向可以用高频化、数字化、绿色化、模块化来总结。

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    1章节随着DSP等数字信号处理器的经常出现,电力电子电路的数字控制获得了相当大的发展。数字处理器需要瞬时加载变换器的输入值,并较慢地计算出来出有掌控值对变换器展开掌控。

    由于数字控制可以使用灵活性的控制策略,一些先进设备的掌控方法应用于电力电子电路沦为有可能。随着数字处理器价格大大上升和性能的大大提高,应用于数字控制的电源型电力转换装置不会日益激增。

    未来电力电子的发展方向可以用高频化、数字化、绿色化、模块化来总结。PID掌控是最先发展一起的控制策略之一,由于其算法非常简单、鲁棒性好及可靠性低,被普遍应用于各种掌控中,特别是在合适可创建准确数学模型的确定性系统。

    但实际的电力电子系统是一个线性和非线性结合的系统,无法创建准确的数学模型。在实际调试过程中,PID参数往往整定不当、性能佳,适应性较为劣,长期以来,人们仍然在谋求数字PID参数的整定方法。

    本文根据变换器系统的硬件条件将取样频率徵至极限值,提升系统的掌控性能,运用零点配备的方法整定PID的比例、分数、微分系数,并通过MATLAB建模修改这些参数,获得较好的掌控效果。2掌控对象概述本文掌控的对象为移相全桥零电压电源变换器。主电路如图1右图。

    这种变换器融合了零电压定谐振技术和传统PWM变换器技术两者的优点,工作频率相同,在牵引过程中利用LC谐振使器件零电压电源,在牵引完后依然使用PWM技术传输能量,开关损耗小、可靠性低,是一种适合于大中功率开关电源的软开关电路。图1后移互为掌控的全桥变换器控制器为Motorola公司DSP芯片56F8323,电源频率为150kHz,使用输入电压单环控制,电压的环取样频率为25kHz。

    电压的环中,取样输入电压和计算出来输入电压偏差以及偏差变化,已完成电压的环的PID计算出来,同时已完成过压维护等功能。计算结果作为后移相角大小的依据,构建对变换器的掌控。

    在这里,为了创建一个形式非常简单而且不倚赖明确阻抗类型的DC/DC变换器的数学模型做到如下一些假设:①功率电源管是理想的器件;②LC包含低通滤波器;③高频变压器为理想变压器;④考虑到电源管的的导通压降、杀区效应、线路电阻以及滤波电感的等效串联电阻这些阻尼因素,综合一个等效电阻为r。3两种数字PID掌控方法较为数字控制是一种取样掌控,它不能根据取样时刻的偏差值计算出来掌控量,因此分数项和微分项必须展开线性化处置。以一系列的取样时刻点kT代表倒数时间t,借此和替换分数,以增量替换微分,可以获得线性的方位式PID表达式:方位式PID控制算法流程如图2右图。

    图2方位式PID控制算法流程图图3增量式PID控制算法流程图当执行机构必须掌控量的增量,由式(1)可以给定增量式的PID控制算法,见式(2)。增量式PID控制算法流程如图3右图。方位式算法是全量输入,每次的输入都与过去的状态有关,计算出来时要对e(k)展开相加,数字处理器运算量相当大。

    而且,一旦经常出现问题,控制器的输入幅值不会相当大,从而造成执行机构大幅变化,这种情况应当防止。而增量式算法就不不存在这个问题,它是增量输入,不必须对过去的状态展开相加,误动作影响小。增量算法也有严重不足,有静态误差。因此,如果精度拒绝低、动作较为慢的场合用方位算法,如本文电力电子变换器的掌控;如果继续执行的时间较为宽,如电机调压掌控等,则自由选择增量式。

    本文中为了解决方位式算法的缺点,引入外用分数饱和状态,设置容许范围,防止控制器大幅度值的变化。4DC/DC变换器数字PID参数整定4.1取样频率的确认取样频率在数字控制系统中是一个很最重要的参量,从信号保真和掌控性能看作变换器系统的取样频率越高就越好。取样频率越高,对硬件拒绝越高,从而减少硬件的成本。

    所以自由选择取样周期应当采行折衷的方法自由选择最佳的取样周期。图4辨别程序执行完结示意图本文的数字控制器搭配的是Freescale公司的MC56F8323芯片,主频超过60MHz。为了在现有的硬件条件下确认变换器系统能超过的仅次于取样频率,在中断程序开始处利用一个标准化输入输出端口加以电平旋转命令信号,大大的提升取样频率,根据旋转信号辨别中断程序能否继续执行完了,如果命令信号频率大于取样频率的一半,如图4最后一种情况右图,即解释动态中断无法在登录时间内已完成,即为现有条件下系统的仅次于容许取样频率。

    有所不同的算法程序,变换器系统能超过的最低取样频率也不一样。4.2零点配备自由选择PID参数数字控制系统,尽管是一个离散系统,如果取样周期T给定充足小,数字控制系统可以近似于看做倒数系统,对倒数系统控制参数展开线性化后,由数字控制器构建变换器的调节。按照上面的假设,当变换器的LC输入滤波器的截止频率相比之下大于电源频率,同时直流母线的输出电压Uin恒定恒定的时候,移相全桥变换器除了输入滤波器部分可以看作是一个增益恒定的放大器,这一部分的s域模型如图5右图。

    图5移相全桥主电路s域模型图5中Uab(s)为副边整流后的电压,Uc(s)代表控制器的输入值。这里再行原作几个量,iL代表电感电流,io代表的是阻抗电流,为了分析的便利,io看作是阻抗的扰动。考虑到移相全桥变换器整流后的输入电压和阻抗电流的扰动,运用状态空间平均值模型法推论输入滤波器的输入号召,见式(3)。

    同时,可以所画出有方框图如图6右图。图6输入滤波器的s域模型综合主电路、滤波器和PID控制器模型可以获得系统的框图如图7右图。

    图7PID掌控的DC/DC变换器系统框图根据图7可以获得系统的闭环传递函数,见式(4)。特征方程式(5)的三个根就是系统传递函数的三个闭环零点。闭环系统的动态号召性能、稳定性主要由闭环零点在s平面上产于的方位要求。移相全桥DC/DC变换器的闭环系统是三阶系统,归属于高阶系统,其动态特性主要由闭环主导零点要求。

    如果根据变换器控制系统的动态性能指标确认了闭环系统主导零点期望坐落于,其中、Wr分别为期望的阻尼比和大自然频率,那么系统闭环非主导零点可以自由选择,n为正的常数,n的给定越大,则由三个闭环零点确认的三阶系统号召特性就越相似由闭环主导零点要求的二阶系统,一般n=5~10。由此获得符合动态性能拒绝所期望的闭环系统特征方程为:较为式(5)和式(6)可以获得所须要参数,该式由零点配备方法获得,所以称作零点配备PID参数公式。本文的移相全桥DC/DC变换器实际电路的明确参数为:输出Uin=140V~200V,输入U0=24V,输出功率P=220W,输入滤波电感L=20H,输入滤波电容C=2200F。以上的模型中,等效电阻r的值很难通过理论分析估算出来,考虑到kp、ki受r影响,所以根据经验所取r=0.264。

    确认期望的阻尼比和大自然频率Wr,根据二阶系统的阶跃号召曲线可以告诉,阻尼比就越小,上升时间较短,同时系统的超调量也减小,小到一定程度,系统就不会经常出现波动。仔细观察从0~1的阶跃号召曲线找到,阻尼比在0.4~0.8之间为欠佳,此时单位阶跃号召的快速性和波动性获得顾及。根据大量的工程经验,=0.707为最佳阻尼比,所以本文中的自由选择0.707。

    Wr的挑选根据阻尼比和系统必须的调节时间来确认,本文Wr挑选1600rad/s。根据上述参数获得kp=0.。


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