DC/DC變換器數字PID控制方法研究

當執(zhí)行機構需要控制量的增量，由式（1）可以導出增量式的PID控制算法，見式（2）。增量式PID控制算法流程如圖3所示。

位置式算法是全量輸出，每次的輸出都與過去的狀態(tài)有關，計算時要對e(k)進行累加，數字處理器運算量很大。而且，一旦出現問題，控制器的輸出幅值會很大，從而導致執(zhí)行機構大幅度變化，這種情況應該避免。而增量式算法就不存在這個問題，它是增量輸出，不需要對過去的狀態(tài)進行累加，誤動作影響小。增量算法也有不足，有靜態(tài)誤差。因此，如果精度要求高、動作比較快的場合用位置算法，如本文電力電子變換器的控制；如果執(zhí)行的時間比較長，如電機調速控制等，則選擇增量式。本文中為了克服位置式算法的缺點，引進抗積分飽和，設置限制范圍，避免控制器大幅值的變化。

4 DC/DC變換器數字PID參數整定

4.1采樣頻率的確定

采樣頻率在數字控制系統中是一個很重要的參量，從信號保真和控制性能角度看變換器系統的采樣頻率越高越好。采樣頻率越高，對硬件要求越高，從而增加硬件的成本。所以選擇采樣周期應該采取折中的方法選擇最佳的采樣周期。

圖4 判斷程序執(zhí)行結束示意圖

本文的數字控制器選用的是Freescale公司的MC56F8323芯片，主頻達到60MHz。為了在現有的硬件條件下確定變換器系統能達到的最大采樣頻率，在中斷程序開始處利用一個通用輸入輸出端口加以電平翻轉指示信號，不斷的提高采樣頻率，根據翻轉信號判斷中斷程序能否執(zhí)行完，如果指示信號頻率小于采樣頻率的一半，如圖4最后一種情況所示，即說明實時中斷無法在指定時間內完成，即為現有條件下系統的最大允許采樣頻率。不同的算法程序，變換器系統能達到的最高采樣頻率也不一樣。

4.2極點配置選擇PID參數

數字控制系統，盡管是一個離散系統，如果采樣周期T取值足夠小，數字控制系統可以近似看作連續(xù)系統，對連續(xù)系統控制參數進行離散化后，由數字控制器實現變換器的調節(jié)。

按照上面的假設，當變換器的LC輸出濾波器的截止頻率遠遠小于開關頻率，同時直流母線的輸入電壓Uin恒定不變的時候，移相全橋變換器除了輸出濾波器部分可以看成是一個增益恒定的放大器，這一部分的s域模型如圖5所示。

圖5 移相全橋主電路s域模型

圖5中Uab(s)為副邊整流后的電壓，Uc(s)代表控制器的輸出值。這里再設定幾個量，iL代表電感電流，io代表的是負載電流，為了分析的方便，io看成是負載的擾動。

考慮移相全橋變換器整流后的輸出電壓和負載電流的擾動，運用狀態(tài)空間平均模型法推導輸出濾波器的輸出響應，見式（3）。同時，可以畫出方框圖如圖6所示。

圖6 輸出濾波器的s域模型

綜合主電路、濾波器和PID控制器模型可以得到系統的框圖如圖7所示。

圖7 PID控制的DC/DC變換器系統框圖

根據圖7可以得到系統的閉環(huán)傳遞函數，見式（4）。