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基于模糊PID算法的快速响应Buck型DC-DC变换器的设计

发布时间:2018-04-21 18:27

  本文选题:数字控制Buck型 + DC-DC变换器 ; 参考:《东南大学》2015年硕士论文


【摘要】:随着半导体工艺技术的不断发展,便携式、高集成、低功耗的电子产品得到越来越广泛的应用,这就对电子设备所需要的电源设备提出了更高的要求。需要更小体积,更低功耗,更高性能的Buck型DC-DC变换器为便携式设备提供电源供电。相比于传统模拟控制方法,更加先进的数字控制方法不断应用于开关电源的控制策略中。本文给出了一款基于模糊PID控制的快速响应Buck型DC-DC变换器的设计,包括Buck型DC-DC变换器的主拓扑、模数转换器、模糊PID控制器及数字脉冲宽度调制模块,并完成了整个系统的设计仿真与测试。本文首先在频域设计了传统的数字PID控制器,权衡响应速度及超调量,根据系统要求得到PID初始参数;然后引入模糊算法与PID算法加以组合,将根据整定规则得到的边界PID的参数变化量加到初始PID参数中,实现模糊PID组合控制。本文重点研究了模糊PID控制器,包括隶属函数形状的选取,根据设计指标设计模糊子集,比例因子的确定,模糊PID规则表的确定以及解模糊的实现,对各个模块进行优化设计及MATLAB建模仿真,并对仿真结果加以对比分析。在此基础上,本文进行了Buck型DC-DC变换器的软硬件电路设计,搭建电路测试平台对所设计的模糊PID算法进行验证与测试。分别进行主拓扑开环和系统闭环的测试,在3.6-5.0V的输入电压,1MHz的开关频率,1A的负载电流条件下,输出电压稳定在1.8V,纹波小于10mV,峰峰值小于30mV,建立时间小于5ms。同时在0.4A-1.0A的负载阶跃条件下,恢复时间小于130μs;转换效率在负载为0.8A时达到最大值81%。满足了开关电源系统对动态及静态性能的要求,较好的验证了模糊PID控制算法在数字控制开关电源中的优越性。
[Abstract]:With the continuous development of semiconductor technology, portable, high integrated, low power consumption electronic products are becoming more and more widely used, which puts forward higher requirements for the power supply equipment needed for electronic equipment. The Buck type DC-DC converter, which needs smaller volume, lower power consumption and higher performance, provides power supply for portable devices. In the traditional analog control method, more advanced digital control methods are applied to the control strategy of switching power supply. In this paper, a fast response Buck DC-DC converter based on fuzzy PID control is designed, including the main topology of the Buck DC-DC converter, the ADM, the fuzzy PID controller and the digital pulse width modulation mode. In this paper, the design simulation and test of the whole system are completed. Firstly, the traditional digital PID controller is designed in the frequency domain, the response speed and the overshoot are weighed, and the initial parameters of the PID are obtained according to the system requirements. Then the fuzzy algorithm is combined with the PID algorithm to add the parameter variation of the boundary PID to the beginning of the setting rule. In the initial PID parameter, the fuzzy PID combination control is realized. This paper focuses on the fuzzy PID controller, including the selection of the shape of the membership function, the design of the fuzzy subset according to the design index, the determination of the proportion factor, the determination of the fuzzy PID rule table and the realization of the solution blur, and the optimization design of each block and the simulation of the MATLAB modeling, and the simulation knot. On this basis, this paper carries out the hardware and software circuit design of the Buck DC-DC converter, and builds the circuit test platform to verify and test the designed fuzzy PID algorithm. The main topology open loop and system closed loop test are carried out respectively, the input voltage of 3.6-5.0V, the switching frequency of 1MHz, and the load current condition of 1A. At the same time, the output voltage is stable at 1.8V, the ripple is less than 10mV, the peak peak is less than 30mV, the time is less than 5ms., and the recovery time is less than 130 Mu under the 0.4A-1.0A load step condition. The conversion efficiency reaches the maximum value 81%. when the load is 0.8A, which satisfies the requirement of the dynamic and static performance of the switch power system, and the fuzzy PID is well verified. The superiority of control algorithm in digital control switching power supply.

【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM46

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本文编号:1783615

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