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直流開關電源數字控制器的補償方法綜述

知識百科

隨著數據處理功能不斷加強的微處理器和數字信號處理器的出現 ， 使數字控制成為直流開關電源控制的一種可行方法 。 但由于現有微處理器的運算能力有限 ， 目前數字控制只應用于開關頻率比較低的直流開關電源中 。 而且控制環結構中的零階保持、A/D轉換、計算以及PWM信號生成所造成的時延 ， 降低了控制環的響應特性和控制器的帶寬 。 因此對于實時性要求很高的控制系統 ， 數字控制系統很難得到應用 。 為了改善直流變換器數字控制系統的性能 ， 對時延補償方法的研究一直是數字控制系統的一個重要課題 。 目前時延的補償方法主要集中于對控制系統的間接離散化的補償和對基于預估技術的控制系統直接離散化的補償 。
2直流變換器的數字化控制的實現方法目前實現直流變換器數字化控制的兩種方法為間接離散化控制和直接離散化控制 。 對于間接離散化方法 ， 先設計連續時域的控制器 ， 然后將控制器離散化為數字控制器 。 而直接離散化方法 ， 就是將控制器直接在離散域（域）中進行設計 。 間接離散化設計是先建立連續時域控制系統 ， 然后將連續時域控制系統離散化為數字控制系統 ， 通過優化數字控制器的系數使數字控制系統的閉環響應特性更精確地近似等效于模擬控制器的閉環響應特性 。 而基于預估技術的補償法是對控制系統進行直接離散化設計 ， 通過預估技術使延遲了的被調量超前反饋到調節器 ， 從而獲得良好的輸出性能 。
3間接離散化的補償隨著數字化設備應用于控制系統 ， 就要把現存的連續數據系統轉換成數字系統 。 而數字控制器可以通過控制器間接離散化實現 ， 并且離散化的方式各異 ， 所以實現補償的方法也各異 。
3.1CAD模式補償方法實現控制器的離散化方法較多 。 Tabak于1971年提出通過雙線性轉變方法將連續補償器轉換成數字控制器來實現連續時域控制系統的離散化 。 但是此方法只是考慮到數字控制器的頻率響應特性 ， 而沒有考慮到整個系統的頻率響應特性 ， 所以雖然此方法簡單并且易于應用 ， 但只有采樣頻率足夠高時才能得到近似的連續系統響應特性 ， 因此現在應用得比較少 。
通過最小化數據采樣系統的頻率特性函數與連續模式下的傳遞函數之間誤差的均方差 ， 來合成數字控制器 ， 使采樣數據系統的頻率響應特性逼近連續時域系統的響應特性 。
此模式基于被控對象的脈沖傳遞函數和連續時域系統的閉環傳遞函數的參數 ， 因此并不需要很高的采樣頻率 。
償器用數字控制器代替并加入一個數據采樣器 。
其中數字控制器的脈沖傳遞函數可以表示為控制器的系數的方法對系統產生的時延進行補償 ， 但是計算過程很復雜 ， 并且沒有對零階保持時延進行有效的補償 。
性取決于系數a和ba和b的確定是通過使采樣數據系統的頻率響應特性擬合理想頻率響應特性的算法實現的 。 設F（）是連續時域控制系統的閉環理想傳遞函數 ， G/（（c）是采樣數據控制系統的頻率特性函數 ， e（co）為兩者之差 ， 即a和b的一組最佳解可通過滿足最小化誤差函數e（c）的均方差來求得 。 如所示 ， 對相應的傳遞函數進行Z變換 ， 則得到將一部分函數表達成復數的形式在此過程中假設反饋函數H（s）=1 ， 則最后可以得到3.2零極點補償方法在采樣頻率較低的情況下 ， 如果不考慮對零階保持的補償 ， 就會降低整個閉環系統的響應性能和穩定性 。 中Raviv和W.Djaja提出了一種簡單而非常實用的零階保持補償技術通過適當的離散化模式增加數字控制器的零極點 ， 增加的零點和極點對數字控制器進行補償并且顯著改善其性能和穩定性 。