一款基于DSP的逆变电源模糊PID控制设计

模糊控制系统原理

模糊PID控制器以电压偏差e 和偏差变化量ec作为输入，PID 参数模糊自整定是找出PID 三个参数与e 和ec 之间的模糊关系，在程序运行中通过不断检测e 和ec，根据模糊控制原理对三个参数进行在线修改，以满足不同e 和ec 对控制参数的不同要求，从而使被控对象有良好的动、静态性能。其在线自校正工作流程如图1所示。

图中：ki、kp、kd分别为积分增益系数、比例增益系数和微分增益系数。

1、PID调整控制器

图1 中r 为给定参考电压，u 是逆变器实际输出电压，e 是偏差信号，ec 是偏差变化率。模拟形式的PID控制算式为

本文采用TMSLF2407实现数字PID控制，对式(1)进行离散化，可得到式(2)PID 控制的离散形式，为了增加系统的可靠性，采用增量式PID控制算式，式(2)为第k 次PID控制器的输出量，减去第k-1次PID 控制器的输出量即可得到式(3)增量式PID 控制算式。

2、模糊PID的实现

DC辕AC逆变电源控制的主要是输出电压及频率的准确性。频率的准确性由PWM发生器决定(它是一个存贮在存储器内的一个正弦输出表格)，只要触发计算准确就能达到设计要求。负载的变化使输出电流产生变化，对于一定脉宽输出的DC辕 AC电源来说，势必导致输出电压的变化。因此采用模糊控制规则根据不同的渣e渣和渣ec渣，对PID控制器的参数kp、ki、kd进行在线自整定来调节输出电压。模糊控制器的输入变量是偏差绝对值渣E渣、偏差变化率绝对值渣EC渣，模糊控制器的输出是PID 控制器的比例增益系数KP、积分增益系数KI和微分增益系数KD。本文采用CRI(Compositional Rule of Inference)推理法设计模糊规则，为了在实时控制中避免关系矩阵的合成运算，先在脱机状态下把所有可能的输入和输出情况计算出来，形成一张控制表去执行控制，控制表是以整数形式表示的，为了能产生控制表，在CRI推理法中把语言变量的论域转换成有限整数的论域，本质上是把连续论域离散后产生离散论域。采用式(5)可以将连续域离散化到整数论域N。

本文中，各语言变量的挡数均为4 挡(零、小、中、大)，因此取整数论域N 为{0，1，2，3，4，5，6}。此时，如图2所示，可取语言变量值4挡如下：

大(L)———取在5、6附近

中(M)———取在3、4附近

小(S)———取在1、2附近

零(Z)———取在0附近

在本文中利用CRI法推理时，控制过程是用查控制表来产生控制量的，在控制表中，模糊偏差量渣E渣、模糊偏差变化率渣EC渣，PID控制器的模糊比例增益系数KP、模糊积分增益系数KI和模糊微分增益系数KD都是用其对应整数论域的元素来表示的。对于单个实时精确量利用式(5)，得到的结果再四舍五入，就求出了对应整数论域的相应元素，从而实现了输入量的模糊化。

针对不同的e 和ec，kp，ki，kd的整定原则为：

1)当渣e渣较大时，为使系统具有较好的跟踪性能，应取较大的kp与较小的kd，同时为避免系统响应出现较大的超调，应对积分作用加以限制，通常取ki=0。

2)当渣e渣和渣ec渣中等大小时，为使系统具有较小的超调，kp应取小一些，在这种情况下，kd的取值对系统的影响较大，应取小一些，ki的取值要适当。

3)当渣e渣较小时，为使系统具有较好的稳定性能，kp和ki 均应取大些，同时为避免系统在设定值时出现振荡，并考虑系统抗干扰的性能，当渣ec渣较大时，kd可取小些;渣ec渣较小时kd可取得较大些。

根据以上整定原则和总结工程设计人员的技术知识和操作经验，建立了表1所列的模糊规则表。

式中：k 为模糊控制中对模糊量进行反模糊化时的比例因子。 3、DSP 软件算法实现