1、數(shù)字控制Buck型變換器系統(tǒng)結構

數(shù)字控制Buck型變換器的系統(tǒng)框圖如圖1所示。反饋控制回路中包含AD采樣器、誤差生成器、pID控制器以及pWM波形產(chǎn)生器等模塊，所有模塊均以數(shù)字處理芯片作為載體，通過編程方式實現(xiàn)。

圖1數(shù)字控制Buck型變換器系統(tǒng)框圖

2、數(shù)字pID控制器設計

數(shù)字系統(tǒng)是離散系統(tǒng)，但如果采樣周期足夠小，則數(shù)字系統(tǒng)可近似于連續(xù)系統(tǒng)。采用頻域補償設計方法實現(xiàn)模擬pID控制器的參數(shù)整定，通過連續(xù)系統(tǒng)離散化處理，可最終實現(xiàn)數(shù)字pID控制器的參數(shù)設計。

2.1、模擬pID控制器的參數(shù)整定

連續(xù)導電模式（CCM）下，Buck型變換器控制對象的傳遞函數(shù)為：

直流增益：

ADC=nUi/Um，UM為pWM產(chǎn)生器的鋸齒波峰峰值;極點角頻率：

品質因數(shù)：Ｑ＝Ｒ√C/R。

Buck型變換器的典型頻率特性曲線如圖2所示。

由頻率特性曲線可知：

（1）幅頻特性的低頻段曲線平坦，欲消除閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，補償網(wǎng)絡的設計應至少含有一個積分環(huán)節(jié);（2）主極點wp由LC輸出濾波器產(chǎn)生，表現(xiàn)為一個雙重極點，產(chǎn)生180的滯后相移，系統(tǒng)相位裕量偏低。

圖2連續(xù)導電模式（CCM）下Buck型變換器頻率特性曲線

模擬pID控制器的傳遞函數(shù)為：

式中：Kp=K（wz1+wz2）/（wz1wz2）；Ki=K;Kd=K/（wz1wz2）。

模擬pID控制器的典型頻率特性曲線如圖3所示。補償網(wǎng)絡可提供一個原點處極點用以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，同時提供兩個零點可補償主極點造成的180滯后相移，有效提高系統(tǒng)的相位裕量。

在分析了Buck型變換器及模擬pID控制器典型頻率特性的基礎上，采用頻域補償設計法配置補償網(wǎng)絡零極點，實現(xiàn)模擬pID控制器的參數(shù)整定。

模擬pID控制器零極點配置原則如下：

（1）選擇補償后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的穿越角頻率：

穿越角頻率wc一般取1/10～1/5的開關角頻率ws處，以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，使輸出響應具有良好的動態(tài)特性;（2）確定補償網(wǎng)絡兩零點角頻率：補償網(wǎng)絡的兩零點角頻率wz1、wz2設計為控制對象主極點角頻率wp的1/2左右，以補償主極點產(chǎn)生的180滯后相移，提高系統(tǒng)的相位裕量;（3）計算補償網(wǎng)絡的增益值：在穿越角頻率wc處補償后系統(tǒng)開環(huán)傳遞的增益為零，即|Gvdm（s）|s=jwc=1/|Gc（s）|s=jwc，據(jù)此計算補償網(wǎng)絡增益值K。

按照以上步驟即可完成模擬pID控制器參數(shù)（Kp、Ki、Kd）的整定。

圖3模擬pID控制器典型頻率特性曲線

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