基于预测PI控制的BOOST电路控制算法研究及设计

发布时间：2018-04-27 16:29

本文选题：Boost升压电路 + 非最小相位　；参考：《东华大学》2017年硕士论文

【摘要】：电力电子技术常用的是开关电源技术,其核心是DC-DC变换器。以DC-DC变换器核心的开关电源已经广泛应用在电子产品领域,Boost变换器作为DC-DC变换器的一种,其满足电子产品的输入电压要求,然而Boost变换器在小信号模型下的建模对象具有非线性、离散、时变等特征,而在常规PID控制策略下的DC-DC变换器,当系统处于模型失配或电压扰动等状态时,仿真以及实际应用结果中表明:系统输出电压存在不稳定、输出精度低等问题。因此研究Boost变换器的新型控制方案对实际生产具有实际意义。本文在传统PID控制算法的基础上,根据Boost升压电路的过程响应特点,提出了基于预测PI控制的新型控制方案。本文基于上述背景,主要工作内容如下:(1)对Boost变换器的工作原理进行分析,然后采用小信号建模法,建立了Boost变换器的数学模型。(2)通过采用一阶PADE近似,根据函数拟合的方法得到所期望的闭环传递函数。通过在MATLAB软件平台上仿真,其阶跃响应曲线图表明Boost变换器在升压过程中除发生超调外,在响应开始阶段或者静态工作点加入设定值都会出现升降压的负调现象,负调现象的出现导致控制系统动态品质恶化,因而对Boost变换器的负调抑制十分关键。(3)在传统控制Boost变换器的基础上,提出一种基于预测PI算法的新型控制策略,根据被控对象模型,在SIMULINK中搭建二阶预测PI控制器以及降阶成一阶预测PI控制器的预测控制器模型,这种预测控制器模型由两部分组成,一部分具有传统PI控制器的形式,另一部分具有预测功能。当与传统PID控制方案实时对比仿真,仿真结果表明:基于预测PI的控制策略具有良好的稳定性和快速性,高鲁棒性且抗干扰能力强,具有一定的实际意义。(4)通过对设计的新型预测控制算法进行离散化处理,并采用类C语言对算法进行编写并嵌入在OPTO22 PAC Control程序流程中,同时使用OPTO22工控软件组件OPTO Server和OPTO Browser实现与MATLAB SIMULINK通信并进行数据交互,并且开发实时监控的人机界面(HMI),用户可以在人机界面上改变控制器上的各种参量,参量的改变会实时与MATLAB进行数据交互以便观察过程响应曲线变化。(5)将设计出的新型控制算法应用在基于STM32单片机的硬件及软件环境下,通过硬件平台测试,对所设计的预测PI控制器与传统PID控制器进行了实时检验,实际开发硬件产品的运行结果验证了仿真结果:证明了预测PI控制算法的稳定性、可行性、快速性。本文主要创新点如下:(1)将Boost仿真模型成功应用在工控软件OPTO22中,实现实时在线检测,参数调整,观察波形。(2)以Boost电路为硬件背景,将预测PI控制算法替代传统PID控制算法控制升压电路。通过实验仿真和硬件实际产品运行结果:相对传统PID控制算法,预测PI控制算法在仿真试验中具有快速性、稳定性、抗干扰能力强、高鲁棒性强等控制效果。同时在硬件平台,通过不断的调试和校正参数,从得出实际的波形图,验证了基于预测PI控制算法的控制品质最佳,具有良好的实际应用价值。
[Abstract]:This paper presents a new control scheme based on predictive PI control , which is based on the traditional PID control algorithm . ( 4 ) A new predictive control algorithm for predictive PI control algorithm is designed and embedded in the program flow of SCM 22 PAC Control . The simulation results are as follows : ( 1 ) Using the Boost circuit as hardware background , the predictive PI control algorithm is used to control the boost circuit in real time .

【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP273;TM46

【参考文献】