目 录第一章 绪 论 - 1 -第二章 PID对BOOST电路的控制及仿真 - 2 -2.1 设计规定 - 2 -2.2 设计思路 - 3 -2.3 设计过程 - 3 -2.4调制过程 - 7 -2.5仿真成果及分析 - 9 -第三章 FUZZY对BOOST电路的控制及仿真 - 13 -3.1 设计规定 - 13 -3.2 设计思路 - 13 -3.3 设计过程 - 13 -3.3 调试及仿真成果 - 15 -附录参照文献第一章 绪 论本文采用的boost电路是一种开关直流升压电路，即可以使输出电压比输入电压高它重要通过调节占空比的大小控制输出电压的大小是一种简朴常用的拓扑构造，应用范畴广本文采用PID控制和模糊控制两种措施控制boost电路，使其达到一定的原则PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70近年历史，目前仍然是应用最广泛的工业控制器PID控制器简朴易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器PID控制，实际中也有PI和PD控制PID控制器就是根据系统的误差，运用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例控制是一种最简朴的控制方式其控制器的输出与输入误差信号成比例关系当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增长，积分项会增大这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增长而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差微分项能预测误差变化的趋势，具有克制误差的作用，可以避免被控量的严重超调本文运用这个原理通过给系统添加补偿函数实现对系统的控制模糊控制是采用由模糊数学语言描述的控制律（控制规则）来操纵系统工作的控制方式按照模糊控制律构成的控制装置称为模糊控制器模糊控制的特点是不需要考虑控制对象的数学模型和复杂状况，而仅根据由操作人员经验所制定的控制规则就可构成但凡可用手动方式控制的系统，一般都可通过模糊控制措施设计出由计算机执行的模糊控制器模糊控制所根据的控制律不是精拟定量的其模糊关系的运算法则、各模糊集的从属度函数，以及从输出量模糊集到实际的控制量的转换措施等，都带有相称大的任意性对于模糊控制器的性能和稳定性，常常难以从理论上作出拟定的估计，只能根据实际效果评价其优劣。
我们本次仿真的目的是学习使用MATLAB，并在MATLAB中建立电力电子仿真电路模型通过仿真BOOST的PID控制，调节参数，更进一步理解PID控制，对BOOST电路进行FUZZY控制的仿真，对FUZZY的工作原理和方式更好理解第二章 PID对BOOST电路的控制及仿真2.1 设计规定1、 设计一种升压电路，使输入电压在20V到95V，输出电压为100V且输出电流不超过18A2、 稳定期输出电压波动≦1%3、 切载时波动≦5%4、 在输入为75V时效率≧95%5、 给出典型波形及效率曲线2.2 设计思路PID对BOOST电路的闭环控制框图如下：图1.1 PID对BOOST电路的闭环控制框图 Gc(s) ：补偿器的传递函数； Gm(s) ：三角波的传递函数； Gvd(s) ：BOOST主电路由MOSFET的输入到输出的传递函数； H(s) ：反馈回路的传递函数； Gvs(s) ：BOOST主电路由输入Vin到输出Vo的传递函数；Zo：负载阻抗； :与之相比较的给定电压值；2.3 设计过程①开环boost电路 Boost电路是一种升压型电路，其输出电压与输入电压之比为1/(1-D),其中D是占空比。
本设计将输入电压设定在75伏，输出电压为100伏根据各项规定指标计算 （2.1）根据规定,输入设定为60伏，D取0.4 （2.2） 输出电流不超过18A，令R=6Ω为了使电路电流持续，，即的最大值 （2.3） 当D=1/3时，取最大值，计算可得L>4.12μH，本设计中L取值10μH 根据规定，纹波要不不小于1 （2.4）C取500μF根据《电力电子系统建模及控制》，运用小波分析措施，BOOST电路开环传递函数 （2.5）将D、R、L、C带入公式可以得到传递函数在MATLAB仿真模型中，选用的三角波幅值为1V，频率为100kHz，则：在MATLAB仿真中，直接把输出电压作为输出电压，因此反馈回路的传递函数为：图2.2 boost电路仿真图运用MATLAB画出开环电路的波特图图2.3 开环电路的波特图②补偿函数的计算设超前滞后补偿网络的传递函数形式如下： （2.6） 函数中，分母中的s的作用是使波特图中低频段贴近0使响应更加稳定，分子可以使波特图相角裕度升高，分母的平方相是为了将波特图高频段压低减小高频的干扰。
原始回路函数存在两个相近的极点，其频率约为1/（2π）,可以将补偿函数的两个零点频率设计为原始回路函数的两个相近极点的1/2，即 （2.7）代入数值可获得补偿函数的零点频率为1125.4Hz令补偿函数的极点频率与原始回路函数的零点相似，取值约34377.5Hz将各数值代入补偿函数中得运用MATLAB画出其波特图如下：图2.4 初步补偿后的波特图2.4调制过程一方面运用比例常数K，将曲线抬高设K=50.此时的波特图如下： 可以看到，相角裕度不不小于45度，此时我们将补偿函数的零点缩小，使相角得以充足升高后下降，令补偿函数为：此时的波特图如下：为是低频段的曲线接近0又不不不小于0，将K合适减小，此时会平移截止频率，相角裕度也会稍有增长经不断尝试，在K取12时，效果较好此时的波特图如下：2.5仿真成果及分析图2.5 PID对BOOST电路控制仿真图图2.6 当输入为75V时的输出电压波形图2.7 输入为75V时切载纹波图2.8 当输入为20V时的输出电压波形图2.9 输入为20V时切载纹波图2.10 当输入为50V时的输出电压波形图2.11 输入为50V时切载纹波图2.12 当输入为95V时的输出电压波形图2.13 输入为95V时切载纹波仿真成果基本符合各项规定指标。
仿真中的切载是切半载，在切轻载时，如将负载设为1000Ω时，电压会稳定在110V，这是由于在一种周期内电容没有充足放电，积累的电压加在负载两端，是输出电压高于100V效率曲线如下：第三章 FUZZY对BOOST电路的控制及仿真3.1 设计规定1、 设计一种升压电路，使输入电压在20V到95V，输出电压为100V且输出电流不超过 18安2、稳定期输出电压波动≦1%3、切载时波动≦5%4、在输入为75V时效率≧95%5、给出典型波形及效率曲线3.2 设计思路将测得电压信号与参照电压比较后，得到一种误差信号E，E通过差分和比例放大后会形成，将她们送入FUZZY模块中，通过模糊推理后会给出控制信号，与记忆器中的信息累加起来然后与三角波比较后形成门极脉冲，控制MOSFET的通断，进而控制输出电压大小3.3 设计过程① 建立FUZZY文献 选择两个输入分别为E和EC，一种输出U如图所示： 图3.1 建立FUZZY文献对输入和输出都用了7个从属函数，E和EC变化范畴是-10到10，输出的变化范畴是-1到1其中E如图下所示： 图3.2 对输入E的设立对于此外一种输入和输出的设立是类似的。
②添加规则库 根据输入量的限度推理输出量，列表如下根据表格对函数添加了规则库EC ENBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNBNBNMNSZENMNBNBNBNMNSZEPSNSNBNBNMNSZEPSPMZENBNMNSZEPSPMPBPSNMNSZEPSPMPBPBPMNSZEPSPMPBPBPBPBZEPSPMPBPBPBPB规则库如下：③搭建MATLAB仿真模型图3.3 fuzzy对boost电路的控制仿真图3.3 调试及仿真成果 根据模糊控制器的输入输出范畴拟定了限幅范畴以及三角波幅值为-1到1重要调试的参数是作为控制器输入的两个变量E和EC前面的系数，使误差及误差变化率可以映射到控制器中通过不断调试，最后将误差前的系数拟定为1.6，误差变化率前的系数为150仿真图如下： 图3.4 输入为20V时输出电压波形图3.5 输入20V时电压纹波图3.6 输入为50V时输出电压波形图3.7 输入50V时电压纹波图3.8 输入为75V时输出电压波形图3.9 输入75V时电压纹波图3.10 输入为95V时输出电压波形图3.11 输入95V时电压纹波 模糊控制的仿真成果距离规定的指标尚有一定距离，从输出电压的稳定值到稳定状态的纹波均有偏差，切载也不是很抱负。
所有偏差将在附录中显示。