【摘 要】
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DC-DC开关变换器作为电源的核心部分,具有能量转换效率高、体积小、可靠性好等优势,已经成为国内外电源领域的研究重点。随着电子信息产业的不断发展,DC-DC开关变换器将会展现出更加广阔的市场前景和研究价值。本文的主要内容是为Buck型DC-DC变换器设计合适的数字控制算法,提高变换器系统的瞬态响应能力。在传统数字PID控制算法的基础上,提出了自适应数字PID控制算法（Adaptive digita
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DC-DC开关变换器作为电源的核心部分,具有能量转换效率高、体积小、可靠性好等优势,已经成为国内外电源领域的研究重点。随着电子信息产业的不断发展,DC-DC开关变换器将会展现出更加广阔的市场前景和研究价值。本文的主要内容是为Buck型DC-DC变换器设计合适的数字控制算法,提高变换器系统的瞬态响应能力。在传统数字PID控制算法的基础上,提出了自适应数字PID控制算法（Adaptive digital proportional-integral-derivative,AD-PID）。这种AD-PID算法的控制思想是根据输出电压的状态对比例系数K p和积分系数Ki进行自适应调节,从而避免系统振荡和多个过冲/下冲,同时减少开关变换器的输出电压偏差和恢复时间,使得系统可以快速稳定下来。AD-PID控制策略只需要检测输出电压,作为反馈信号,简单高效。利用MATLAB/Simulink分别建立传统PID和AD-PID控制算法下Buck型DC-DC变换器的仿真模型,并对仿真结果加以比较分析,仿真结果表明,用自适应PID控制策略的变换器具有更好的瞬态响应性能。在此基础上,本文完成了Buck型DC-DC变换器的软硬件电路设计,利用FPGA搭建了算法验证平台。传统PID算法使用LE个数为2087,占总资源的33%,AD-PID算法使用LE个数为4736,占总资源的76%,常用的FPGA都能满足实验需求。分别对两种控制算法进行实验测试,实验结果表明,相比传统的数字PID控制策略,基于自适应PID控制策略的DC-DC变换器在负载跳变和输入电压跳变时,分别缩短了30.4%和56.4%的调节时间,同时系统超调量也更小。仿真和实验结果都显示基于自适应数字PID控制策略的DC-DC变换器具有更好的瞬态响应性能。
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