精心整理1.设计要求
(1)输入电压范围为50-98V，输出电压为100V,额定负载下输入电流20A
(2)纹波(峰峰值)不超过1%
(3)在75V输入条件下效率大于96%
2.boost电路拓扑和各参数值
电感参数计算：选定输入电压为75V来计算各参数，此时稳态占空比为0.25，输
出电压为100V,开关频率为100KHZ
为保持输出电流连续，设电容电流增量为I oc丄应有［ocjomax，其中
代入可求得电感值为"兽。
遍。
.75—3.52闭。
在仿真中’为了保证电感电流续流，我们取L =20阳。
电容参数计算：电容的选择主要是考虑纹波小于1%即1V，根据boost电路的
纹波计算公式: 可以推出
在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C取500阳。
3.PID控制器的boost电路仿真
用PID控制器控制的闭环boost电路的原理图如图3.1所示
闭环boost 电路原理图
经过小信号建模可得开环传递函数为 代入数据可得
在matlab 中输入下面的程序作出 bode 图3.2 .
num 二[-4.74e-4133.34]; den 二[1.78e-83.56e-61];
marg in(nu m,de n);
—
I
图3.2开环系统bode 图
由图可知，系统的幅值裕度为GMo=T2.5dB ，相位裕度为％=-17.4°，剪切频率为
4
豹 co = 8・9 X 10 rad / s 。
F 面进行超前PD 校正，使前向通道传递函数满足Y >45 :
超前PD 校正装置传递函数是
超前PD 校正装置增加的相角为 则有 设定超前PD 校正后的剪切频率为1/5的开关频率，
bode
%rK5 KLC Unamzhl
-1=0— Vo
ReldKTj al
OpefBlc
Saturation
FID Cort —RD{S) •
R
护迫函 ffl
图3.1 PID 控制的
hosfe ^
-- —nyytp-*
X
&erte £ RLC
即剪切频率为20kHz,再由公式得《c =1.26x105rad /s。
令超前PD校正装置⑷m=B c,校正装置的转折频率为
可以求出得到校正不含增益的校正装置现在算增益K值，用上式校正装置对系统进行校正，程序如下:
num二co nv([4.511e-51],[-4.74e-4133.34]);
den二co nv([1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]);
marg in(nu m,de n);
运行程序得到I bode图如图3.3所示:
I
图3.3用不含增益的超前PD校正装置校正的系统bode图
加上校正装置的系统k值后，系统的穿越频率应为设定的频率叽=1.26X105rad /S，
在图3.3中找出在频率1.26勺05处的幅值，由于在图中1.26不好选定，就选出一个大致的1.17来参考，可以看出在纵不加k校正后系统的幅值大概为L（轨）=9.4dB，加上
k后应该有
可以算出k为0.339。
所以超前PD 校正装置为
在matlab 中运行下面程序看经过超前校正后的 bode 图3.4： num 二co nv([1.529e-50.339],[-4.74e-4133.34]);
den 二 co nv([1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]);
marg in(nu m,de n);
图3.4超前校正后系统的bode 图
可以看出进行超前校正后
相角裕度:
经验证，超前PD 校正为有差校正，稳态后并非达到100V,为了减小系统的静差，增 加PI 校正环节。
PI 环节的传递函数为
由于PD 校正已经将系统校正为稳态系统，故 PI 校正不应影响到系统中的中高频 特性，因此 PI 校正主要对系统低频起作用，根据经验可知
©=1000rad/s 。
得到PI 环节为
最后根据实际仿真波形对PD,PI 各环节参数进行微调，最后确定
4. 系统仿真
幅值裕度: GM =7.51dB
剪切频率: % =1.26x105
rad /s 一
尬
＜0.1%1，这里取
Matlab 系统仿真图如图4.1所示
图4.1matlab 系统仿真图
在50V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图
4.2
图4.2 （a ） 50V 输入电压下系统的输出
1002
■图 4.2(b)50V 输入
电压下输出的纹波
图4.4（ a ）98V 输入电压下系统的输出 图4.4（ b ）98V 输入电压下输出的纹波
上面这几个图能看出，输入电压变化时，波形很稳定，三个波形都差不多，超调 大概在10%E 右，稍微有点大，纹波比较小，在 0.1V 以内。
5. fuzzy 控制器的boost 电路仿真
100
9918
图 4.3（ b ）75V 输
在75V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图
4.3
在98V 输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图
4.4。
用fuzzy控制器控制的boost闭环电路图如图5.1所示。
图5.1fuzzy控制器控制的闭环boost电路原理图
本系统的模糊控制器采用二输入-一输出，变量的模糊集论域都选择为［-1,1］，采用常用的三角形隶属度函数。
在matlab中建立fuzzy文件，两输入分别为误差E和误差变化量EC
图5.2matlab建立fuzzy文件
对于输入和输出量都分别用NB,NM,NS,Z, PS, PM, PB t个变量来描述，各个变量的隶
属度函数如图5.3所示。
图5.3（ a）输入变量E的隶属度函数
图5.3 （b）输入变量EC的隶属度函数
图5.3（c）输出变量的隶属度函数
接着根据专家经验和系统的偏差类型确定规则库，规则库设计如表
1所示
表1fuzzy控制器的规则库
将隶属度函数与规则库输出fuzzy文件，得到控制器。
在调试中，需要调节的是
误差E和误差EC的增益，以使fuzzy控制器的输入量落在设定的域中，加限幅是为
了防止输入量突然增大对输出的影响。
在纯fuzzy控制器作用下，主电路在输入电
压偏大或偏小时输出会出现静差，为了使输出电压稳在设定的100V,在主电路的输
出与输入之间加上一个积分环节。
令boost电路的输入电压分别为50V,75V,98V,输出波形如下图所示。
图5.4（ a）50V输入电压下系统的输出
图5.4（ b）50V输入电压下的纹波
图5.5（ a）75V输入电压下系统的输出
图5.5（ b）75V输入电压下的纹波
图5.6 （ a） 98V输入电压下系统的输出
图5.6（ b）98V输入电压下纹波
从波形图可以看出，fuzzy控制器很好的满足了要求，没有什么超调，纹波也小。
6.总结
通过本次的大作业，学习到了很多东西，首先是对软件有了进一步的了解和熟悉, 对matlab的simulink模块和fuzzy控制器有了更深的了解，提高了通过仿真波形分析问题的能力，从有很多小问题到慢慢能出波形，再到最后波形的调试这个过程
都是很值得体会的，里面有很多有趣且有用的东西。
另外，PID的仿真将自动控制原理和电力电子技术结合在一起，对整个仿真都有了更深的认识，使我更加进精心整理
受到了学科间关系和关联，促进了知识的融会，增强我对所学知识的运用能力，提 高了思考问题和解决问题的能力。
而 fuzzy 的仿真让课堂上学的知识来学以致用, 加深了我对课堂上知识的理解，对模糊控制也有了一个更深层次的了解。
这次大作 业收获还是挺大的。
最后，特别感谢XX 师哥和师姐耐心的讲解和解答，也感谢 XXX 老师课上的精心指 导。
参考文献
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2006
[2]林飞，杜欣，电力电子应用技术的 MATLAB^真，中国电力出版社，2009
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胡寿松，自动控制原理，科学出版社，2001 [4] [5]。