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激光電源

基于的DSP的逆變電源模糊PID控制

星之球激光 來源:電子發(fā)燒友2011-12-10 我要評論(0 )   

引言 由于逆變器傳遞函數(shù)不易得到,而且電壓輸出經(jīng)常波動,傳統(tǒng)的單純PID控制難以達(dá)到快速和穩(wěn)定的響應(yīng),而模糊控制與PID相結(jié)合的控制方法,通過對誤差量的變化實(shí)時(shí)分析...

引言

  由于逆變器傳遞函數(shù)不易得到,而且電壓輸出經(jīng)常波動,傳統(tǒng)的單純PID控制難以達(dá)到快速和穩(wěn)定的響應(yīng),而模糊控制與PID相結(jié)合的控制方法,通過對誤差量的變化實(shí)時(shí)分析,調(diào)整PID參數(shù),達(dá)到快速響應(yīng)和無差跟蹤,可實(shí)現(xiàn)逆變電源的高精度實(shí)時(shí)控制。


  1 模糊控制系統(tǒng)原理
模糊PID控制器以電壓偏差e 和偏差變化量ec作為輸入,PID 參數(shù)模糊自整定是找出PID 三個(gè)參數(shù)與e 和ec 之間的模糊關(guān)系,在程序運(yùn)行中通過不斷檢測e 和ec,根據(jù)模糊控制原理對三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改,以滿足不同e 和ec 對控制參數(shù)的不同要求,從而使被控對象有良好的動、靜態(tài)性能。其在線自校正工作流程如圖1所示。
  

  圖中:ki、kp、kd分別為積分增益系數(shù)、比例增益系數(shù)和微分增益系數(shù)。
  1.1 PID調(diào)整控制器
  圖1 中r 為給定參考電壓,u 是逆變器實(shí)際輸出電壓,e 是偏差信號,ec 是偏差變化率。模擬形式的PID控制算式為
  

  本文采用TMSLF2407實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID控制,對式(1)進(jìn)行離散化,可得到式(2)PID 控制的離散形式,為了增加系統(tǒng)的可靠性,采用增量式PID控制算式,式(2)為第k 次PID控制器的輸出量,減去第k-1次PID 控制器的輸出量即可得到式(3)增量式PID 控制算式。
  

  

1.2 模糊PID的實(shí)現(xiàn)
  DC轅AC逆變電源控制的主要是輸出電壓及頻率的準(zhǔn)確性。頻率的準(zhǔn)確性由PWM發(fā)生器決定(它是一個(gè)存貯在存儲器內(nèi)的一個(gè)正弦輸出表格),只要觸發(fā)計(jì)算準(zhǔn)確就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。負(fù)載的變化使輸出電流產(chǎn)生變化,對于一定脈寬輸出的DC轅AC電源來說,勢必導(dǎo)致輸出電壓的變化。因此采用模糊控制規(guī)則根據(jù)不同的渣e渣和渣ec渣,對PID控制器的參數(shù)kp、ki、kd進(jìn)行在線自整定來調(diào)節(jié)輸出電壓。模糊控制器的輸入變量是偏差絕對值渣E渣、偏差變化率絕對值渣EC渣,
  模糊控制器的輸出是PID 控制器的比例增益系數(shù)KP、積分增益系數(shù)KI和微分增益系數(shù)KD。本文采用CRI(Compositional Rule of Inference)推理法設(shè)計(jì)模糊規(guī)則,為了在實(shí)時(shí)控制中避免關(guān)系矩陣的合成運(yùn)算,先在脫機(jī)狀態(tài)下把所有可能的輸入和輸出情況計(jì)算出來,形成一張控制表去執(zhí)行控制,控制表是以整數(shù)形式表示的,為了能產(chǎn)生控制表,在CRI推理法中把語言變量的論域轉(zhuǎn)換成有限整數(shù)的論域,本質(zhì)上是把連續(xù)論域離散后產(chǎn)生離散論域。采用式(5)可以將連續(xù)域離散化到整數(shù)論域N。


  

  本文中,各語言變量的擋數(shù)均為4 擋(零、小、中、大),因此取整數(shù)論域N 為{0,1,2,3,4,5,6}。此時(shí),如圖2所示,可取語言變量值4擋如下:
  大(L)———取在5、6附近
  中(M)———取在3、4附近
  ?。⊿)———取在1、2附近
  零(Z)———取在0附近
  在本文中利用CRI法推理時(shí),控制過程是用查控制表來產(chǎn)生控制量的,在控制表中,模糊偏差量渣E渣、模糊偏差變化率渣EC渣,PID控制器的模糊比例增益系數(shù)KP、模糊積分增益系數(shù)KI和模糊微分增益系數(shù)KD都是用其對應(yīng)整數(shù)論域的元素來表示的。對于單個(gè)實(shí)時(shí)精確量利用式(5),得到的結(jié)果再四舍五入,就求出了對應(yīng)整數(shù)論域的相應(yīng)元素,從而實(shí)現(xiàn)了輸入量的模糊化。
  

  針對不同的e 和ec,kp,ki,kd的整定原則為:
  1)當(dāng)渣e渣較大時(shí),為使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能,應(yīng)取較大的kp與較小的kd,同時(shí)為避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào),應(yīng)對積分作用加以限制,通常取ki=0。
  2)當(dāng)渣e渣和渣ec渣中等大小時(shí),為使系統(tǒng)具有較小的超調(diào),kp應(yīng)取小一些,在這種情況下,kd的取值對系統(tǒng)的影響較大,應(yīng)取小一些,ki的取值要適當(dāng)。
  3)當(dāng)渣e渣較小時(shí),為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性能,kp和ki 均應(yīng)取大些,同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值時(shí)出現(xiàn)振蕩,并考慮系統(tǒng)抗干擾的性能,當(dāng)渣ec渣較大時(shí),kd
  可取小些;渣ec渣較小時(shí)kd可取得較大些。
  根據(jù)以上整定原則和總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識和操作經(jīng)驗(yàn),建立了表1所列的模糊規(guī)則表。
  

  式中:k 為模糊控制中對模糊量進(jìn)行反模糊化時(shí)的比例因子。

1.3 DSP 軟件算法實(shí)現(xiàn)
  為了保證模糊PID 控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,DSP在A/D采樣的中斷子程序中就調(diào)用模糊PID控制算法程序,立即計(jì)算出輸出控制量并送到被控對象,根據(jù)TMSLF2407 的性能,機(jī)器時(shí)鐘周期和中斷延時(shí)可以計(jì)算出本系統(tǒng)從采樣當(dāng)前實(shí)際輸出值到輸出控制量大約需要6.67 滋s ,這對于1ms一次的采樣來說是足夠的,完全滿足實(shí)時(shí)性要求。程序流程圖如圖3所示。
  

  下面是部分程序。
  執(zhí)行PID控制
  PID_Control:
  SETC SXM
  SETC OVM
  SPM #O
  LDP #4
  LACL ADRESULTSACL PID_input
  DALL Fuzzy_PID_table
  反模糊變化程序
  Fuzzy_PI_end:
  LT k1
  MPY Fuzzy_K
  PAC
  SACL Kp
  LT k2
  MPY Fuzzy_K
  PAC
  SACL Ki
  LT k3
  MPY Fuzzy_K
  PAC
  SACL K
  RET
  2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
  圖4為實(shí)驗(yàn)波形,其中(a)、(b )為PID控制時(shí)突減負(fù)載、突加負(fù)載時(shí)的電壓波形。(c)、(d )為模糊PID控制時(shí)突減負(fù)載、突加負(fù)載的電壓波形,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出采用模糊PID控制的方法與一般的PID 控制方法相比具有動態(tài)響應(yīng)速度快、超調(diào)小,輸出穩(wěn)定后其幅值變化很小,突加、減負(fù)載時(shí)電壓變化幅值小的優(yōu)點(diǎn),因而能更有效地抑制負(fù)載突變或外界干擾對電壓的影響。
  

3 結(jié)語
  1)模糊PID控制器既具有模糊控制的自適應(yīng)能力,又具有PID控制器靈活性的特點(diǎn)。
  2)模糊控制作為一種智能控制方法,在逆變電源電壓控制應(yīng)用中獲得了較好的控制效果,具有控制精度高,實(shí)時(shí)性、穩(wěn)態(tài)輸出特性好等優(yōu)點(diǎn)。#p#分頁標(biāo)題#e#
  3)采用DSP控制系統(tǒng)在滿足逆變電源控制的要求下,具有成本低、控制靈活、可靠性高的特點(diǎn)。

 

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