100kHz Boost电路的PID-Fuzzy控制设计与MATLAB仿真：参数优化与效率分析

本文档主要探讨了基于PID-Fuzzy控制的Boost电路设计，结合MATLAB仿真，旨在实现高效的电压转换和性能优化。Boost电路是一种广泛应用的电压提升电路，其设计目标是将输入电压范围20V-95V提升至输出电压100V，同时满足特定的性能指标。 1. **参数计算**: - 满载输出电流Io=18A时，通过输出电压Uo=100V计算得满载电阻Rout = 100V / 18A ≈ 5.556Ω。 - 输入电压范围决定了占空比D，根据Boost电路的临界电感方程，选择预估电感L=10μH，通过优化找到合适的占空比范围。 - 为了保证电流连续，电容C的选取需要考虑最大电流，C=500μF满足要求。 2. **Boost电路设计**: - 主电路图展示了Boost电路的基本拓扑，其中MOSFET等器件假设为理想无内阻。 - PID控制部分设计了一个闭环控制系统，包括反馈信号Vo(s)、PWM脉宽调制器和补偿网络。PID控制器的目标是确保输出电压稳定在100V。 3. **传递函数与控制设计**: - 传递函数反映了电路中各部分信号的动态关系。通过传递函数B(s), PWM(s), 和F(s)，可以构建PID控制器的补偿函数，确保输出电压误差最小化。 - 参考徐德红的《电力电子建模及控制》一书中的方法，使用100V作为参考电压VrefE(s)，并设定三角波形的PWM信号作为输入。 - 对于Boost电路的小信号模型，输入到输出的传递函数考虑了电阻Rout和电容C的影响。 4. **仿真验证**: - MATLAB被用来进行电路的动态仿真，以评估PID-Fuzzy控制策略在不同负载条件下的性能，如满载切换至半载或1/10负载时的输出电压波动要求小于1%或5%。 该研究提供了详细的Boost电路设计方法，通过PID和模糊控制相结合，优化了电路的效率、纹波和稳定性，并利用MATLAB进行实际效果的验证。这是一项重要的技术实践，对于理解和设计高效能的电压转换电路具有很高的参考价值。