在这里,为了建立一个形式简单而且不依赖具体负载类型的DC/DC变换器的数学模型做如下一些假设:

①功率开关管是理想的器件;

②LC构成低通滤波器;

③高频变压器为理想变压器;

④考虑开关管的的导通压降、死区效应、线路电阻以及滤波电感的等效串联电阻这些阻尼因素,综合一个等效电阻为r。

3、两种数字PID控制方法比较

数字控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量,因此积分项和微分项需要进行离散化处理。以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t,以求和代替积分,以增量代替微分,可以得到离散的位置式PID表达式:

位置式PID控制算法流程如图2所示。

图2 位置式PID控制算法流程图

图3 增量式PID控制算法流程图

当执行机构需要控制量的增量,由式(1)可以导出增量式的PID控制算法,见式(2)。增量式PID控制算法流程如图3所示。

位置式算法是全量输出,每次的输出都与过去的状态有关,计算时要对e(k)进行累加,数字处理器运算量很大。而且,一旦出现问题,控制器的输出幅值会很大,从而导致执行机构大幅度变化,这种情况应该避免。而增量式算法就不存在这个问题,它是增量输出,不需要对过去的状态进行累加,误动作影响小。增量算法也有不足,有静态误差。因此,如果精度要求高、动作比较快的场合用位置算法,如本文电力电子变换器的控制;如果执行的时间比较长,如电机调速控制等,则选择增量式。本文中为了克服位置式算法的缺点,引进抗积分饱和,设置限制范围,避免控制器大幅值的变化。

4、DC/DC变换器数字PID参数整定

4.1采样频率的确定

采样频率在数字控制系统中是一个很重要的参量,从信号保真和控制性能角度看变换器系统的采样频率越高越好。采样频率越高,对硬件要求越高,从而增加硬件的成本。所以选择采样周期应该采取折中的方法选择最佳的采样周期。

图4 判断程序执行结束示意图