基于模糊pid的两路交错boost变换器Simulink仿真及代码自动生成（上）电路仿真部分

2024-07-12 06:17| 来源: 网络整理| 查看: 265

后半部分已更新基于模糊pid的两路交错boost变换器Simulink仿真及代码自动生成（下）F280025实物测试部分

简介：设计两路交错BOOST变换电路，搭建Simulink仿真模型，并设计控制算法（常规PID与模糊控制PID）。基于德州仪器TMS320F280025单片机使用Matlab Code Generation Tools进行编程与实物测试。电气系统建模与实践课程设计福州大学自动化系黄宸贞 2024/3/28

指导教师：蔡逢煌陈丹

软件环境： Matlab R2023b Simulink 23.2 TI controlSUITE 3.4.9 Code Composer Studio 12.2.0.00009 TI C2000Ware 4_03_00_00

硬件环境： AMD Ryzen 9 8945HS（仿真模型） C2000 TMS320F280025C（代码生成模型）

测试目标：输入9V，实现9~18V升压功能。

测试实物：

可重构全桥变换器主板单片机控制板

上、电路仿真部分 1.Simulink模型搭建

在这里插入图片描述根据电路图与BOOST变换器原理，搭建Simulink仿真模型，系统总体模型如图：

在这里插入图片描述

MOS模块：桥式交错MOSFET电路模块。

SPWM模块：脉宽生成调制电路模块。

Controller模块：控制算法模块。

Powergui模块：电力系统图形化计算模块，类型为离散，采样时间为1e-6。

采用阶跃信号作为给定目标电压，0.15s前给定为12V，0.15s后给定为18V。测试仿真电路在12V变换至18V两种给定状态下的工作状态。

（注：为与测试实物对应，使用Vout作为输入端口，Vin作为输出端口）

1.1桥式交错BOOST电路

在这里插入图片描述

使用4颗MOSFET组成两相交错BOOST电路（其中开关管G1、G2恒为关断，使用二极管代替）。该电路接受PWM脉冲控制G3、G4交替开通关断，实现DCDC直流变换。

1.2脉宽调制电路

在这里插入图片描述

使用三角波对算法控制器输出的调制波形进行调制，因本设计采用两相交错BOOST设计，故对载波进行移相，移相增益为载波周期的0.5倍，即1/5000/2。

1.3开环控制电路

在这里插入图片描述

无需控制器，直接使用Simulink的PWM模块生成给定目标电压相应占空比的PWM脉冲并进行移相。

1.4常规PID控制电路

在这里插入图片描述

将给定目标电压与输出电压比较并输入控制器，进行PID运算。PID控制器是一种线性控制器，通过比较给定值与实际输出值的误差，将比例、积分、微分线性组合构成控制量，其结构图如下：在这里插入图片描述

1.5模糊PID控制电路

模糊控制系统由模糊数据和规则库、模糊器、模糊推理机和解模糊器组成，其结构如图所示：

在这里插入图片描述

模糊控制过程分为模糊化、模糊逻辑推理、解模糊。模糊PID控制器是一种二维模糊控制器，采用误差e和误差变化率ec作为输入，传统PID参数kp,ki,kd作为输出，可在系统运行的过程中利用模糊规则自动对PID参数进行整定。其结构如图所示：在这里插入图片描述

模糊PID控制器如下图所示：

在这里插入图片描述

2. 仿真参数设置 2.1经典PID控制器设置

在Matlab命令行窗口中输入电路各参数及传函计算公式：

U=9; C=510e-6; R=5; L=440e-6; D=0.5; %占空比D可根据需要的给定目标电压任选 num=[0 -U/(R*C*(1-D)*(1-D)) U/(L*C)]; den=[1 1/(R*C) (1-D)*(1-D)/(L*C)]; G=tf(num,den) Bode(G)

可得到该BOOST电路仿真系统在输入电压9V，输出电压18V时的传递函数与Bode图。

传递函数：在这里插入图片描述