基于DSP模糊PID控制低电压大电流变换器的研究

摘要

随着信息技术产业的迅速发展,低电压大电流输出DC/DC变换器的应用越来越广泛,其动、静态性能要求也越来越高.该文就低电压大电流DC/DC变换器及其基于DSP数字模糊PID控制系统进行了广泛的理论研究、仿真和实验.具体内容包括:首先,该文对低电压大电流DC/DC变换器的特点进行了分析,阐明了同步整流技术在低电压大电流变换器中应用的必要性,并对各种同步整流驱动方式及特点进行了分析与比较.其次,从控制角度分析了DC/DC变换器,得出DC/DC变换器是一个强非线性系统.概述了DC/DC变换器的控制现状,并分析了采用数字模糊PID等智能复合型数字控制策略对变换器进行控制的优越性.由于模拟控制电路难于实现模糊等智能控制,采样一般速度的数字处理器也难以达到较高的开关频率及控制精度,为此,选用处理速度较高的DSP芯片进行控制.考虑到主电路PWM控制波形较多、开关频率较高,通过比较,选取了带多路PWM输出的TMS320LF2407A型DSP,并对该数字控制器进行了设计和实验.最后,该文对模糊PID数字PWM控制方法及控制效果进行了仿真和实验,记录了系统的大量仿真和实验结果,结果表明应用模糊PID对低电压大电流Buck+HalfBridge(d=50﹪)DC/DC变换器的控制,取得了良好的控制效果,并且理论研究、仿真和实验结果相一致.

目录

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第一章绪论

1.1低电压大电流变换器的发展趋势

1.2 DC/DC变换器控制现状

1.3研究背景与意义

1.4本课题研究内容

1.5小结

第二章低电压大电流变换器关键技术研究

2.1低电压大电流DC/DC变换器关键技术分析

2.1.1整流器件及其驱动

2.1.2动态响应及稳定性

2.2同步整流技术

2.2.1同步整流驱动电路的选取及整流管对驱动信号的要求

2.2.2同步整流对变压器副边电压波形的要求

2.2.3两级变换器：前级非隔离式电压调节器+后级SR对称拓扑

2.3 小结

第三章BUCK+HALFBRI DGE(D=50％)低电压大电流变换器的研究

3.1电路结构及工作原理

3.2变换器小信号分析与建模

3.3主电路元器件参数设计

3.3.1 BUCK主电路电感的设计

3.3.2 BUCK主开关管的设计

3.3.3 BUCK同步整流管的设计

3.3.4半桥变换器的设计

3.3.5同步整流管的设计

3.3.6高频变压器的设计

3.3.7输出滤波电感、电容的设计

3.4系统仿真研究

3.4.1系统频域特性分析与仿真

3.4.2系统主电路参数仿真优化

3.5 小结

第四章模糊PID复合控制

4.1模糊控制的基本原理

4.1.1模糊控制器的结构

4.1.2模糊控制器的设计

4.2自整定PID控制原理

4.2.1 PID控制的基本原理

4.2.2自整定PID控制器类型

4.3模糊PID复合控制及其在DC/DC变换器中应用

4.4小结

第五章DSP芯片选取

5.1 DSP适合于数字信号处理的特点

5.2 TMS320系列DSP概况

5.3 TMS320LF2407A芯片特点

5.3.1 S320LF2407A芯片PWM波形的产生

5.3.2 TMS320LF2407A芯片A/D转换模块

5.4小结

第六章基于DSP数字模糊PID控制器的实现

6.1课题控制策略及设计

6.1.1模糊控制器的设计

6.1.2 PID控制器的设计

6.2控制器硬件电路设计

6.2.1输出电压采样电路

6.2.2 DSP硬件系统

6.2.3驱动隔离电路

6.2.4过流保护电路

6.3 DSP软件系统

6.4实验结果

6.4.1实验结果与分析

6.4.2实验中几个问题的探讨

6.5小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

附录