1、1.课题研究意义：对于大部分DC/DC变换器电路结构，其共同特点是输入和输出之间存在直 接电连接，然而许多应用场合要求输入、输出之间实现电隔离，这时就可以在 基本DC/DC变换电路中加入变压器，从而得到输入输出之间电隔离的 DC/DC变换器。而正激变化器就实现了这种功能。2.课题研究内容：1、 本文首先介绍了正激变换器电路中变比、最大占空比和最小占空比、电 容、电感参数的计算方法，并进行了计算。2、 正激变换器的控制方式主要通过闭环实现。其中闭环方式又分为 PID控 制和fuzzy控制。本文分别针对开环、PID控制，fuzzy控制建立正激变换器的 Matlab仿真模型，并进行仿真分析了，最后对
2、得出的结果进行比较。第二章：正激电路的参数计算本章首先给出正激变换器的等值电路图，然后列出了正激变换器的四个主 要参数的计算方法，并进行了计算。1、正激变换器的等值电路图图1正激变换器等值电路图2、参数计算（1）变比n根据设计要求，取占空比D=0.4,根据输入电压和输出电压之间的关系得到 变比：（2）最大、最小占空比最大占空比Dmax定义为Dmax =U out U dU in min 式中 Un（min）=100-20=80V, UOut=12V, n=3.3 , , Ud 为整流二极管压降, 所以 D.ax =0.495。最小占空比DU定义为DU out U d min = 1 ?U in
3、 max 式中所以Un （max） =120V,Dnin =0.333。（3）电容电容的容量大小影响输出纹波电压和超调量的大小。取开关频率f=200KHZ 则 T=5X 10-6 s,根据公式：1I .ripplef Vripple式中取 I ripple =0.2A ,Vripple =0.07mV,所以C=1.79卩F。为稳定纹波电压，放大电容至 50卩F。（4）电感可使用下列方程组计算电感值：U）ut =LXdt式中 U0ut=12V, di 取为 0.2A, D-=0.333, 所以 L=0.334mH第三章 正激变换器开环的Matlab仿真本章首先建立了正激变换器开环下的 Matla
4、b仿真模型，然后对其进行了仿 真分析。1、仿真模型的建立根据之前的等值电路图和参数的计算结果，可以对正激电路进行建模，其 开环模型如图2:图2正激电路的开环仿真模型2、仿真结果在Matlab上进行仿真，得到如下的输出电 压，及其纹波，输出电流及其纹波的波形：图3开环电压波形图5开环电流波形图6开环纹波电流从图中可以看出，开环占空比为40%时输出电压不能达到12V,只能稳定在11.98V左右，纹波电压为1mV输出电流是0.998A，纹波电流不到0.1mA。虽 然纹波电压符合要求，但输出电压值和电流值不符合要求，且电压有较大超调。分析其原因，可能是由于电路中的二极管压降以及变压器参数的影响。需要调
5、 大占空比才能稳定到12V。且开环系统有较弱的抗干扰性，不够稳定，因此应采 用闭环。第四章 正激变换器闭环PID的Matlab仿真本章首先介绍了工程上对系统的闭环稳定条件的要求，然后对开环系统绘制 了伯德图，接着根据其开环幅频和相频特性曲线来确定所加 PID环节的三个主要参数，进行闭环系统的 Matlab仿真，得到经过两次切载后的输出电压波形和 输出电流波形，并进行了分析。1、 闭环稳定的条件：（1） 开环Bode图的幅频特性曲线中增益为1的穿越频率应等于开关角频率的 1/51/10。（2） 幅频特性曲线应以-20dB的斜率穿越横轴。（3） 相位裕量丫 45 。2、 开环传递函数：查阅资料得到
6、未补偿的开环传递函数为：Go（s）=Un V，1+ （RsC+1）R3、未补偿的开环传函的Bode图图7开环传递函数伯德图从图中可以看出，穿越频率为 6.89 103 Hz,小于要求的最小开关频率10符合。因此必须加入补偿环节4、补偿函数的确定首先确定补偿后系统的剪切频率 fci =- 200K =2.5 X 104Hz, s ci =2 n fci85=1.57 X 10 rad/s 。在f=2.5 X 104 Hz处，原伯德图的增益为-22.6dB，相角为-179。取相位 裕度为50,贝U需补偿49新补偿的函数可分为 PD和PI两部分（1） PD环节设PD环节的传递函数为 G1=Kp（ 1
7、 + t s），作出其伯德图，得到以下比例关 系：所以 t =7.33 X10-65 26.4856 10 s 8.848s 8848G3=GX G2= s即 Kp=8.848, Ki=8848, K D=6.5e-5。5、补偿后系统的新开环传函Gn图8补偿后系统伯德图从图中可以看出，此时系统的幅频特性曲线以-20dB穿越横轴，且剪切频率 为2.49 X 104 Hz,相位裕度为49,完全符合工程要求。6、闭环PID控制的Matlab仿真模型用Mosfet 1和2控制切载过程。用 Timer和Timerl控制切载情况，在 t=0.02s处负载由12Q切到24 Q,在t=0.03s处负载由24Q
8、切至U 120 Q,在0.05s 处由120Q切到24Q。输出电压值与12V比较后进入PID,再与三角载波形比较，图9闭环PID控制电路图7、闭环PID仿真结果在Matlab上进行仿真，得到如下的电压波形：通过此图可以看出输出电压超调过大， 已超过额定输出电压的1倍。尽管输 出电压值、纹波、切载的尖峰都符合要求。此时需要对 PID参数进行调整。在这里选取 Kp=0.5，Ki=500，Kd =7.3e-5。此时可得到如下电压和电流波形：图11调整PID参数后的输出电压波形图13切载后第一个尖峰图14切载后第二个尖峰从图中可以看出，此时输出电压基本稳定在 12V,且无超调。满载输出平均电压约为11
9、.9995V,满载时电压纹波最大，约为 0.7mA。切载时的电压尖峰也 低于200mVo半载输出平均电压为11.99935V，所以负载调整率为 11 9995 _11 99935 .35 X 100% =0.00125 %v 1%。满载，半载，1/10载的电流纹波11.9995基本相等，均不到1mA。变压器原边电流为0.1521A,所以效率n8、补偿后系统的伯德图图17 PID补偿后系统的伯德图从图中可以看出，补偿后系统的剪切频率为 2.12 X104Hz,约为开关频率的0.106倍，并以-20dB穿越横轴，且相位裕度为88，符合工程要求。第五章 正激变换器基于Fuzzy控制的Matlab仿真
10、分析本章针对正激变换器进行了模糊控制。首先进行了模糊化的设计，然后建 立了规则库，最后针对其Matlab模型进行了仿真分析。1、模糊化设计对误差e、误差变化率de和控制量U的模糊集和域定义如下：（i）de 模糊集合均为NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB, e的域为-1 , +1, 的域 dt+0.5。U 的域为-1 , +1。 de隶属度函数均选三角函数，input1为e, input2为一，output为U。 dtde图18输入一的隶属度函数2、模糊规则的建立（1）模糊规则表如下:ECNBNMNSZEPSPMPB（2）Fuzzy控制器规则库如下: I；npjn qriE:初】耳e；ii
11、htn：3jpminiPfi-flj4 门知站 NB| trd :彈til it ZEiiwi 歴浑聞fl几;mJd曹NWjEiE竝另 北：|*:sufrfl眄耳丽=rml 5 F| VKl ：ird2 tb ：l| !? rwi 5 r-Ei 凶;（r4i2 Kitwi i：dpdi t.田 |ij ）!.r-tiul ailixCKMTiIkhLCUipdl RIH s. rw?d PiiMn-;Ml n h5l l1） E ITfgEl C-Ffl M |f（12 dlEiltWl ；MMl 也 PH| |1） 臭 ffgrl 凶;12 B W| i-uUdl J l |H7. IfCW
12、I fi F| 曲 h HS：HW1 ：gt1 r5 RE：.Cltfd T1W图19控制器规则库3、Matlab仿真分析通过开环的输出电压范围，初步确定对于e,Gain1=65,对于 de, Gain2=10-5。由采样定理，采样频率为开关频率的2倍，即400KHz从而 采样时间为2.5 X 10-6s。还要加入限幅模块和零阶保持器模块，然后进行仿真。其仿真模型如下图:HerreidZLiTin-wrl图20基于Fuzzy控制的Matlab仿真模型图21输出电压波形图V图24满载及半载电流纹波 图25 1/10载电流纹波从图中可以看出，输出电压基本稳定在 12V,在满载时纹波为350mV半载 时纹波为170mV 1/10载时纹波为30mV两次切载的尖峰电压分别为 300mV和 150mV未切载输出电流基本稳定在 1A,在满载时纹波为30mA半载时纹波为 7mA 1/10载时纹波为0.3mA。输出基本上符合要求。图23输出电流波形第六章总结从闭环PID控制和Fuzzy控制的仿真结果的对比中可以看出，Fuzzy控制的 控制方式更加简单，稳定度高，且纹波也基本满足要求。由于不用进行大量的 数学模型的计算，更加快捷。且 Fuzzy具有较好的鲁棒性和适应性。
