數(shù)字控制DC-DC變換器的非線性建模與單輸入模糊PID控制算法研究標(biāo)書正文

1、（一）立項依據(jù)與研究內(nèi)容（4000-8000字）： 1項目的立項依據(jù)（研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢來論述科學(xué)意義；或結(jié)合國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。附主要參考文獻目錄）；隨著系統(tǒng)芯片(SoC)集成更多的功能且采用更為先進的工藝，并在各種便攜式電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，這對其中關(guān)鍵部件電源系統(tǒng)的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。長期以來，傳統(tǒng)的模擬控制電源以成本低、電路簡單等優(yōu)點一直占據(jù)主導(dǎo)地位，模擬電源管理芯片結(jié)合先進的環(huán)路控制理論和電路結(jié)構(gòu)，在集成組合調(diào)制模式下已達到全負(fù)載條件下較高的性能水平。但由于調(diào)整困難，僅能提供特定功能，使用接口

2、簡單不適合復(fù)雜電源系統(tǒng)的整合，并且控制回路補償不易調(diào)整，因此難以滿足SoC產(chǎn)品發(fā)展中對電源要求逐步提高的苛刻要求。因此基于SoC的數(shù)字控制DC-DC變換器管理技術(shù)應(yīng)運而生，數(shù)字控制技術(shù)具備很多明顯的優(yōu)勢：1)可以實現(xiàn)高級的控制算法，以提高電源轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性以及動、靜態(tài)性能；2)利用軟件技術(shù)或者可編程存儲器改變控制器性能，可以讓基于數(shù)字控制器的系統(tǒng)具備很大的靈活性，設(shè)計參數(shù)很容易被修改以滿足新的要求；3)對器件以及外圍變化的魯棒性好，解決了電路性能受工藝影響漂移大的難題；4)優(yōu)良的系統(tǒng)管理和系統(tǒng)連接能力，包括執(zhí)行自我診斷、改變系統(tǒng)設(shè)定、以及在現(xiàn)場動態(tài)升級和維護系統(tǒng)的能力。此外，數(shù)字控制DC-DC

3、變換器可以采用主流CMOS制造工藝，能夠有效的與SoC系統(tǒng)進行無縫整合集成，更有助于降低成本和縮小體積。因此利用數(shù)字控制DC-DC變換器靈活的調(diào)控能力將成為下一代SoC芯片的必然選擇。正是由于數(shù)字控制DC-DC變換器眾多的優(yōu)越性和不斷增加的市場需求，21世紀(jì)初國外開始研究數(shù)字電源系統(tǒng)。目前在性能上經(jīng)過眾多研究機構(gòu)多年努力，取得較大進展，但數(shù)字控制DC-DC變換器在諸如穩(wěn)定可靠性、精度以及響應(yīng)速度方面還不能滿足未來信息終端產(chǎn)品的應(yīng)用需求。下面從建模理論、控制策略的研究現(xiàn)狀出發(fā)，提出本課題的研究思路： 1.1 建模理論研究通常來說精確的系統(tǒng)模型是電源設(shè)計的基礎(chǔ)，有效而精確的建?？捎行?、透徹地了解的

4、系統(tǒng)工作機理及揭示系統(tǒng)的各元件參數(shù)在系統(tǒng)的作用和影響，需要對功率級和反饋控制結(jié)構(gòu)進行精確的建模。而數(shù)字控制引入的極限環(huán)振蕩、時延影響等問題也給電源的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)，已引起設(shè)計者的高度重視。實現(xiàn)離散域中數(shù)字控制器的設(shè)計是數(shù)字電源前進的必經(jīng)之路，由David M. Van deSype和Koen De Gusseme等人提出的數(shù)字控制的小信號Z域分析在Z域中對Buck變換器方法進行了建模，有了一個很好的開始，但提出的方法具有一定的局限性，模型不能應(yīng)用到所有種類的DC-DC變換器中1。之后出現(xiàn)了由Dragan Maksimovic和Regan Zane提出的小信號離散建模方法提出的方法可適用于所有D

5、C-DC變換器的建模方法。遺憾的是，方法沒有得到實驗的對比驗證2。2004年根特大學(xué)K.De Gusseme 建立了數(shù)字控制DC-DC變換器小信號離散模型，進一步分析其穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性3； 2009年意大利的里雅斯特大學(xué)的Marco Meola和Sergio Carrato提出了一種新的DC-DC變換器大信號離散時間模型。該大信號模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測在不同的工作模式下的變換器性能。模型非常適合對數(shù)字控制的SMPS進行系統(tǒng)級模擬，避免了費時的混合信號仿真4。2004年美國科羅拉多大學(xué)的Hao Peng等人建立量化效應(yīng)模型，對包含量化效應(yīng)的靜態(tài)和動態(tài)模型進行推導(dǎo)，并解釋極限環(huán)振蕩的起源，發(fā)現(xiàn)DC環(huán)路增

6、益過大但并不是無限，會產(chǎn)生極限環(huán)震蕩，而高分辨率DPWM 可以改善這一現(xiàn)象5，Peterchev, S.R. Sanders于2003年提出了數(shù)字控制DC-DC變換器的離散時間建模方法，加入積分項到控制規(guī)則中，在一定程度上消除了極限環(huán)振蕩現(xiàn)象6；2005年烏迪內(nèi)大學(xué)W. Stefanutti, D. Trevisan, P. Mattavelli建立了含有PID結(jié)構(gòu)的電壓模式控制的變換器模型，使用統(tǒng)計方法對極限環(huán)振蕩進行預(yù)測7；2006年加利福利亞大學(xué)Peterchev A.V., Sanders S.R.研究了模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器（DPWM）的量化誤差對DC-DC變換器的

7、影響，并給出了避免極限環(huán)發(fā)生的三個判斷條件8；杜克大學(xué)Bibian. S已給出了數(shù)字控制DC-DC變換器的時延補償研究，提出了基于線性外插法的預(yù)測方法，通過提高控制回路帶寬的方式來消除時延影響9；同年，伯克利大學(xué)Stefanutti. W等分析了時延對數(shù)字控制DC-DC變換器的影響，提出了全新的基于變換器狀態(tài)變量的能量增量的極限環(huán)預(yù)測方法，減小了極限環(huán)振蕩的產(chǎn)生概率10；2008年烏迪內(nèi)大學(xué)Tedeschi. E 等提出了使用電感電流預(yù)測法減少量化效應(yīng)的方法11；2012年都柏林大學(xué)Mark Bradley等人研究了含有PI的數(shù)字控制DC-DC降壓變換器的極限環(huán)振蕩現(xiàn)象，提出了通過調(diào)整增益參數(shù)

8、避免極限環(huán)振蕩的方法12。我國臺灣的Yu-Chi Huang給出了輸入電壓變化、死區(qū)時間控制、切換頻率變化、DPWM延遲幾種情況引起極限環(huán)產(chǎn)生的現(xiàn)象，但沒有定量分析其產(chǎn)生機理13?？梢钥闯觯耗壳按罅康难芯窟€是集中理想情況下的數(shù)字控制DC-DC變換器的建模以及單個量化效應(yīng)或時延補償?shù)难芯浚?shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器（DPWM）的不匹配量化誤差引起的極限環(huán)振蕩現(xiàn)象，缺少精確的非線性理論模型，導(dǎo)致與實際情況偏差較大，影響其穩(wěn)定性與可靠性的進一步提高。1.2控制算法研究隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和實現(xiàn)方法的改進，在DC-DC變換器控制策略的研究方面有了長足的進步，許多靈活的智能控制方法也得到

9、應(yīng)用。眾多研究表明采用諸如改進的PID線性控制以及預(yù)測控制、自適應(yīng)控制、模糊控制的非線性控制等先進算法，可以顯著提高電源系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能，表1是近年來DC-DC變換器中常見的控制策略。表1 現(xiàn)有的主要控制算法補償算法特點PID優(yōu)點：算法成熟簡單，可消除靜態(tài)誤差缺點：需要精確的數(shù)學(xué)模型，且對非線性系統(tǒng)控制效果不理想；且不能根據(jù)情況在線調(diào)整增益參數(shù)PID基因算法優(yōu)點：可以更合理的計算出PID系數(shù)缺點：計算量較大，不適用于在線計算 預(yù)測控制由于系統(tǒng)中存在一定的延時，故在控制策略中增加預(yù)測環(huán)節(jié)，解決時延問題，提高系統(tǒng)動態(tài)特性Sliding滑模優(yōu)點：控制不受系統(tǒng)本身和外界擾動的影響缺點：由于自身的缺

10、陷會發(fā)生抖振現(xiàn)象，增大了輸出電壓的紋波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法優(yōu)點：具有非線性映像能力、自學(xué)習(xí)適應(yīng)能力、聯(lián)想記憶能力，并行信息處理方式及其優(yōu)良的容錯性能缺點：學(xué)習(xí)過程收斂速度慢，訓(xùn)練易陷入癱瘓；訓(xùn)練過程易陷入局部極小值；網(wǎng)絡(luò)泛化能力差遺傳算法優(yōu)點：具有堅實的生物學(xué)基礎(chǔ)，鮮明的認(rèn)知學(xué)意義，廣泛的應(yīng)用價值，適用于解決復(fù)雜的非線性和多維空間尋優(yōu)問題缺點：局部搜索能力差、存在未成熟收斂和隨機游走等問題，導(dǎo)致算法的收斂性能差，需要很長時間才能找到最優(yōu)解等問題模糊算法優(yōu)點：不需要被控對象有精確的數(shù)學(xué)模型，且適用于非線性系統(tǒng)的控制中；有較強的適應(yīng)能力，魯棒性較強缺點：規(guī)則庫及邊界條件不易確定；且缺乏系統(tǒng)的設(shè)計方法

11、自適應(yīng)PIDPID進行基本的控制，F(xiàn)uzzy對PID控制器的增益進行控制，融合了兩種控制的優(yōu)點。具有很好的魯棒性和抗干擾能力單輸入模糊算法具有模糊控制特點，同時由于單輸入模糊控制規(guī)則條數(shù)較少，其設(shè)計、調(diào)節(jié)、硬件實現(xiàn)較簡單可以看出：由于DC-DC變換器本質(zhì)上是一個強非線性時變系統(tǒng)，供電系統(tǒng)輸入電壓變化、負(fù)載變化以及外界干擾的不確定性，使得模糊控制算法以及與之相結(jié)合的方法得到越來越廣泛的應(yīng)用，逐漸顯現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。2009年美國奧本大學(xué)的Liping Guo設(shè)計了應(yīng)用于DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器的PID控制和模糊控制,并比較了這兩種控制方法。實驗結(jié)果表明模糊控制相對于PID控制可以達到更快的瞬態(tài)響應(yīng),

12、較小的超調(diào),更好的負(fù)載擾動抵抗能力14。2011年馬來西亞工藝大學(xué)的Nik Fasdi Nik Ismail設(shè)計了DC-DC的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器的PID控制和模糊控制，實驗結(jié)果顯示模糊控制在此Buck-Boost轉(zhuǎn)換器中其啟動速度、超調(diào)量、抗負(fù)載擾動能力都優(yōu)于PID控制15。2012年韓國東國大學(xué)的K.-W.Seo給出了DC-DC控制器的精確魯棒控制的模糊PID控制器的設(shè)計，使用精確的數(shù)學(xué)矩陣模型方法對PID參數(shù)進行調(diào)節(jié)。實驗比較了模糊PID控制與模糊控制。模糊PID控制相對于模糊控制具有較快的響應(yīng)速度，幾乎為零的超調(diào)量，較強的瞬態(tài)響應(yīng)能力16。2012年孟加拉國大學(xué)的Mamun Ra

13、bbani設(shè)計比較了DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器的模糊控制與模糊PID控制兩種控制方法的控制效果。測試結(jié)果為：模糊控制的峰值時間為2.4ms、上升時間為1.8ms、超調(diào)為8.4%；模糊PID控制峰值時間為1.4ms、上升時間為1.6ms、超調(diào)為7%.可見模糊PID控制比模糊控制有更好的控制效果17。2007年馬來西亞工藝大學(xué)的Ayob S.M.提出單輸入模糊控制的分段的線性控制方法分析，介紹了基于符號距離法的單輸入模糊控制理論設(shè)計方法，單輸入模糊控制方法與傳統(tǒng)模糊控制方法相比，其模糊規(guī)則條數(shù)大大減小，設(shè)計實現(xiàn)較簡單18。2012年他們設(shè)計了基于FPGA的單輸入模糊邏輯控制(SIFLC)，并把它應(yīng)用于

14、升壓DC-DC功率轉(zhuǎn)換器中。實驗比較了單輸入模糊控制與傳統(tǒng)模糊控制兩種控制方法，實驗顯示在大的擾動下，單輸入模糊控制與模糊控制具有相似的控制效果1920。由上面的分析可見在PID、模糊、模糊PID控制算法中,模糊PID具有最優(yōu)的控制效果，而單輸入模糊控制與模糊控制具有類似的控制效果，又由于單輸入模糊控制具有設(shè)計簡單方便的優(yōu)點、所以本課題中我們擬采用單輸入模糊控制與PID控制結(jié)合的控制方法，即提出單輸入模糊PID控制方法。更好地兼顧模糊與PID控制的各自優(yōu)點，并能實現(xiàn)較好的調(diào)節(jié)效果。國內(nèi)近年也開展了對于數(shù)字控制DC-DC變換器的研究，復(fù)旦大學(xué)微電子實驗室依托2007年國家自然科學(xué)基金項目，對數(shù)字

15、DC-DC變換器控制集成電路的控制算法、關(guān)鍵模塊設(shè)計等進行了系統(tǒng)研究。電子科技大學(xué)與東南大學(xué)合作，依托2009年國家核高基項目，對數(shù)字DC-DC變換器與SoC集成接口方法、數(shù)字控制方法等進行了研究。西南交通大學(xué)開展了低頻振蕩現(xiàn)象以及脈沖控制方法的研究，西安交通大學(xué)進行了數(shù)字控制DC-DC變換器中低頻振蕩現(xiàn)象分析，在考慮采樣保持器的作用下，建立了數(shù)字控制DC-DC變換器系統(tǒng)的z 域模型，由此揭示了系統(tǒng)發(fā)生低頻分岔現(xiàn)象的原因 21，重慶大學(xué)開展了延遲離散模型的研究，建立包含延時在內(nèi)的數(shù)字控制DC - DC 變換器的小信號離散模型，得出延時使系統(tǒng)帶寬下降，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度明顯變差的結(jié)論22，清華大

16、學(xué)、華南理工大學(xué)等也發(fā)表過相關(guān)文章，均取得一些良好的結(jié)果。我們從2006年起開展了電源管理芯片的研究，進行了建模研究以及高效率DC-DC變換器芯片的研發(fā)，主要工作有：先后開展了一種基于相加電流模式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究， 完成全負(fù)載下實現(xiàn)高效率的DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片設(shè)計，帶紋波控制的全載高效率DC-DC變換器的設(shè)計以及一種PWM/LDO雙模同步降壓型穩(wěn)壓器的設(shè)計。2008年開始了數(shù)字控制DC-DC變換器的研究，并在2009年參與了國家“核高基”“數(shù)字輔助功率集成技術(shù)研究”。項目研發(fā)中重點關(guān)注數(shù)字DC-DC變換器中的非線性效應(yīng)的產(chǎn)生機理與解決方法，在2011年實驗室自建項目中重點關(guān)注了電源專用

17、PMBuS接口的數(shù)據(jù)交互及處理功能。2012年又開展了基于數(shù)字DC-DC變換器的模糊控制算法以及用于單相Boost PFC的數(shù)字預(yù)測算法的研究23。并完成一種數(shù)字控制可變輸出DC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。在DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究上具有一定的基礎(chǔ)。綜上所述，數(shù)字控制DC-DC變換器變換器具有眾多優(yōu)勢，符合未來 SoC集成電源的發(fā)展趨勢。關(guān)于數(shù)字控制DC-DC變換器的建模及非線性效應(yīng)分析，盡管國內(nèi)外研究機構(gòu)給出了系統(tǒng)的大信號和小信號等效模型，但迄今為止，對數(shù)字DC-DC變換器系統(tǒng)諸如有限環(huán)振蕩的產(chǎn)生本質(zhì)只是一個比較粗淺的探索，沒有建立一個全面考慮非線性效應(yīng)及寄生參數(shù)的完整和精確的非線性理論模型指導(dǎo)設(shè)計。

18、同時在算法研究中，復(fù)雜負(fù)載變化下的控制精度與響應(yīng)等性能還有待進一步提高。 本課題將采用理論與實踐相結(jié)合的方法，集理論建模與控制算法研究、電路設(shè)計與MPW流片驗證為一體，研究并實際設(shè)計出高性能數(shù)字控制DC-DC變換器芯片以驗證理論方法的正確性，為進一步使其成為SoC中的IP單元并與其集成整合打下堅實的基礎(chǔ)。主要參考文獻：1 David M. Van de Sype, Koen De Gusseme, Frederik M.L.L. De Belie. Small-Signal z-Domain Analysis of Digitally Controlled Converters J. IEEE

19、 Transactions on Power Electronics, 2006, 21(2), pp: 470- 478.2 Dragan Maksimovic and Regan Zane. Small-signal Discrete-time Modeling of Digitally Controller DC-DC Converters. Power Electronics J. IEEE Workshop on Computers in Power Electronics, 2007, 22(6), pp: 2552-2556.3 Van de Sype, David M., De

20、 Gusseme, K. Small-signal z-domain analysis of digitally controlled convertersJ. IEEE Trans Power Electron, 2006,21(2), pp:4299-4305.4 Meola, Marco; Carrato, Sergio; Bernacchia, Giuseppe; Bodano, Emanuele. Discrete time large-signal model of dcdc converters for system level simulation of digitally c

21、ontrolled SMPSC. Cork, Ireland, 2007, pp:60-63.5 Hao Peng, Aleksandar Prodic, Eduard Alarcon. Modeling of Quantization Effects in Digitally Controlled DC-DC ConvertersC. Power Electronics Specialists Conference, Aachen, Germany ,2004, pp: 4312- 4318.6 Angel V. Peterchev, Seth R. Sanders.Quantization

22、 Resolution and Limit Cycling in Digitally Controlled PWM ConvertersJ. IEEE Transactions on Power Electronics, 2003, 18(1), pp:301-308.7 W. Stefanutti, P. Mattavelli, S. Saggini, G. Garcea. Energy-Based Approach for Predicting Limit Cycle Oscillations in Voltage-Mode Digitally-Controlled dc-dc Conve

23、rtersC. IEEE Applied Power Electronics Conference and Expositionon, Dallas, TX, United states , 2006, pp:1148-1154.8 Peterchev A.V., Sanders S.R. Quantization resolution and limit cycling in digitally controlled PWM convertersJ. IEEE Transactions on Power Electronics, 2003,18(1), pp:301-308.9 Stepha

24、ne BIBIAN, Time Delay Compensation of Digital Control for Switch Mode DC PowerD. University of British Columbia, 1999.10 Saggini S., Stefanutti W., Trevisan D., Mattavelli P., Garcea G. Prediction of limit-cycles oscillations in digitally controlled DC-DC converters using statistical approachC. Annu

25、al Conference of IEEE on Industrial Electronics Society, Raleigh, NC, United states, 2005, pp:561-566.11 Corradini L., Mattavelli P., Tedeschi E., Trevisan D. High-Bandwidth Multi-sampled Digitally Controlled DCDC Converters Using Ripple CompensationJ. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 20

26、08, 55(4), pp:1501-1508.12 Bradley M., Alarcon E., Feely O. Analysis of limit cycles in a PI digitally controlled buck converterC. 2012 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Seoul, Korea, 2012, pp:628-631.13 黃榆棊(Huang， Yu-chi). 用于功率管理之?dāng)?shù)位控制脈寬調(diào)變技術(shù)J . 系統(tǒng)晶片, 2008, pp:74-79.14 Liping Guo,

27、 John Y. Hung and R. M. Nelms. Evaluation of DSP-Based PID and Fuzzy Controllers for DCDC ConvertersJ. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009 , 56(6), pp:2237-2248.15 Nik Fasdi Nik Ismail, Norazlan Hashim, Rahimi Baharom.A Comparative Study of Proportional Integral Derivative Controller a

28、nd Fuzzy Logic Controller on DC/DC Buck-Boost ConverterC. Industrial Electronics and Applications (ISIEA), Langkawi, Malaysia, 2011, pp: 149 154.16 K.-W. Seo and Han Ho Choi. Simple Fuzzy PID Controllers for DC-DC ConvertersJ. Journal of Electrical Engineering & Technology, 2012, 7(5), pp:724-72

29、9.17 Mamun Rabbani，M. Mesbah Maruf and Tanvir Ahmed. Fuzzy Logic Driven Adaptive PID Controller for PWM Based Buck Converter C. IEEE/OSA/IAPR International Conference on Informatics, Electronics & Vision, Dhaka, Bangladesh, pp:958-962.18 Ayob S.M., Salam Z., Azli N.A. Piecewise Linear Control Su

30、rface for Single Input Nonlinear PI-Fuzzy ControllerC. Power Electronics and Drive Systems, Bangkok, Thailand, 2007, pp: 1533 1536.19 F. Taeed, Z. Salam, and S. M. Ayob. Implementation of single input fuzzy logic controller for boost DC to DC power converterC. In Proc. 3rd IEEE Int. PEC, Kuala Lumpu

31、r, Malaysia, Nov. 2010, pp:797802.20 Fazel Taed, Zainal Salam and Shahrin M. Ayob. FPGA Implementation of a Single-Input Fuzzy Logic Controller for Boost Converter with the Absence of an External Analog-to-Digital ConverterJ. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012, 59(2), pp: 1208 -1217.2

32、1 張笑天，馬西奎，張浩. 數(shù)字控制DC-DC Buck變換器中低頻振蕩現(xiàn)象分析J. 物理學(xué)報,2008, 57(10), pp:6174-6181.22 周雒維， 孫鵬菊， 杜雄. 數(shù)字控制DC DC 變換器的延時離散模型及影響分析. 電機與控制學(xué)報, 2010, 14(5), pp:7-12.23 常昌遠(yuǎn)，陳瑤，黃金峰，王青，Buck型DC-DC變換器中單輸入模糊控制器.東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2012,42(2),pp.229-233.2項目的研究內(nèi)容、研究目標(biāo),以及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題（此部分為重點闡述內(nèi)容）；研究內(nèi)容： 1） 深入分析數(shù)字控制DC-DC變換器系統(tǒng)的非線性效應(yīng)，如

33、DPWM和ADC精度匹配引起的量化效應(yīng)，研究ADC轉(zhuǎn)換的時延等與極限環(huán)振蕩產(chǎn)生的定量關(guān)系；2） 考慮寄生參數(shù)影響，建立完整的非線性理論模型，制定相應(yīng)補償策略，有效消除極限環(huán)振蕩以獲得高的穩(wěn)定性與可靠性；3） 考慮負(fù)載復(fù)雜變化以及輸入電壓、溫度等變化的情況，給出優(yōu)化的控制算法與控制策略，以滿足靜態(tài)及動態(tài)性能的要求；最終通過MPW流片來驗證所提出的理論與方法的正確性，并形成相關(guān)的自主知識產(chǎn)權(quán)，為數(shù)字控制DC-DC變換器最終成為IP核集成于SoC中打下堅實的基礎(chǔ)。研究目標(biāo)本項目緊密圍繞下一代數(shù)字DC-DC變換器的研究為主要目標(biāo)，以非線性時變控制理論為基礎(chǔ)，通過非線性建模研究，揭示有限環(huán)振蕩的產(chǎn)生機理

34、，并制定相應(yīng)對策，指導(dǎo)補償設(shè)計，同時開展其控制算法研究，采用單輸入模糊pid控制算法提高實時性，改善了數(shù)字控制DC-DC變換器各項指標(biāo)性能，如精度、瞬態(tài)響應(yīng)速度等特性。采用在亞微米工藝下設(shè)計出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的滿足VLSI系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)字控制DC-DC變換器芯片。最終進行MPW流片以驗證理論與方法的有效性。具體目標(biāo)為：1）建立數(shù)字控制dc-dc變換器各關(guān)鍵模塊，包括功率級，控制環(huán)路（ADC， PID，DPWM）各環(huán)節(jié)的精確傳遞函數(shù)，研究量化效應(yīng)、延遲效應(yīng)產(chǎn)生機理以及與各模塊的對應(yīng)變量關(guān)系；2）應(yīng)用強非線性系統(tǒng)建模方法，考慮寄生效應(yīng)，建立數(shù)字控制dc-dc變換器的完整精確的非線性模型，揭示影響變換

35、器行為和性能的工作機理以及有限環(huán)振蕩的產(chǎn)生機理與判據(jù)，指導(dǎo)電路設(shè)計；3）研究并獲得在復(fù)雜負(fù)載條件以及外界環(huán)境變化下，提升穩(wěn)態(tài)精度、減少響應(yīng)時間、上沖、下沖時間的最優(yōu)控制方法-單輸入模糊PID控制方法；4）完成數(shù)字控制dc-dc變換器完整的芯片設(shè)計和仿真分析，經(jīng)流片和測試，驗證上述建模理論分析和控制方法。 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題為了將數(shù)字控制方法應(yīng)用于DC-DC變換器設(shè)計，采用數(shù)字控制理論，研究開關(guān)電源的時變規(guī)律以及數(shù)字控制產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，建立完整的理論模型，這是集成電路設(shè)計的重要基礎(chǔ)。因此，研究數(shù)字控制DC-DC變換器的非線性效應(yīng)與建模研究是本項目的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。由于電源負(fù)載以及外界環(huán)境復(fù)

36、雜多變，對于SoC應(yīng)用將面臨性能方面的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，因此需要研究采用先進的控制策略改進電源系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性，這是本項目的第二個關(guān)鍵科學(xué)問題。 圖1 科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)之間的關(guān)系3擬采取的研究方案及可行性分析（包括研究方法、技術(shù)路線、實驗手段、關(guān)鍵技術(shù)等說明）；擬采取的研究方案針對項目研究的核心內(nèi)容，擬采用的技術(shù)路線如圖2所示。主要概括為非線性建模研究控制算法研究與設(shè)計數(shù)字控制DC-DC變換器電路設(shè)計（亞微米工藝電路設(shè)計）流片驗證及測試。圖2 擬采用的技術(shù)路線框圖我們擬設(shè)計與驗證的數(shù)字控制DC-DC變換器芯片框圖如圖3所示。圖3 采用單輸入模糊PID控制的Buck型DC-DC變換器結(jié)構(gòu)框圖它是由功

37、率級、A/D轉(zhuǎn)換器、控制級、DPWM四個部分組成。主要的關(guān)鍵技術(shù)具體如下:3.1 建立完整的數(shù)字控制DC-DC變換器的非線性理論模型，揭示極限環(huán)振蕩產(chǎn)生機理，為芯片的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)眾所周知，DC-DC變換器是一個固有開關(guān)非線性系統(tǒng)，因此變換器運行必然遵循非線性運行規(guī)律?，F(xiàn)有的研究表明已觀察到DC-DC變換器的奇異或不規(guī)則現(xiàn)象，使DC-DC功率變換器的性能受到極大的影響，甚至完全不能工作。尤其采用數(shù)字控制方式會由于量化效應(yīng)、時延效應(yīng)產(chǎn)生諸如極限環(huán)振蕩、低頻振蕩現(xiàn)象。大量研究表明：如果DPWM分辨率低于ADC的分辨率，那么輸出電壓因為沒有匹配的ADC零變化的量化級數(shù)，導(dǎo)致輸出電壓在DPWM的

38、兩個量化臺階之間來回振蕩，即極限環(huán)振蕩，如圖4所示。圖4 極限環(huán)振蕩示意圖所以ADC的量化電壓和DPWM的量化電壓要滿足下式： (1)即： (2)其中，為ADC的最大轉(zhuǎn)換電壓值，為ADC的感應(yīng)增益，為ADC分辨率位數(shù)，為DPWM分辨率位數(shù)，為輸入電壓，為占空比的最小變化量， 為參考電壓；。實際上由于數(shù)字控制DC-DC變換器的復(fù)雜性，極限環(huán)振蕩還與閉環(huán)增益、輸入電壓，以及頻率、步長等密切相關(guān)。因而突破現(xiàn)有在線性范圍內(nèi)或穩(wěn)定運行區(qū)域內(nèi)研究DC-DC變換器的局限性，從非線性系統(tǒng)時變理論的高度探索DC-DC變換器的運行規(guī)律，通過對各種DC-DC變換器的非線性現(xiàn)象探索和研究，揭示非線性效應(yīng)產(chǎn)生機理和相應(yīng)

39、對策，可以在變換器設(shè)計中優(yōu)化參數(shù)設(shè)計，避免有害現(xiàn)象的出現(xiàn)，消除奇異或不規(guī)則現(xiàn)象，使DC-DC變換器穩(wěn)定運行，從而提高DC-DC變換器的動態(tài)響應(yīng)特性等。數(shù)字控制DC-DC變換器系統(tǒng)是一個典型的非線性、時變系統(tǒng)，因此在它運行過程中必然存在著大量的非線性效應(yīng)，如量化效應(yīng)、延遲效應(yīng)等。但通常的系統(tǒng)補償設(shè)計時，都是基于模擬電路分析習(xí)慣，忽略系統(tǒng)中時延的影響，因此這種情況下對系統(tǒng)所作的設(shè)計，特別是對補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，必然只是一個近似設(shè)計，并不能滿足系統(tǒng)運行時所有的狀態(tài)，并且由于量化不匹配而導(dǎo)致的極限環(huán)現(xiàn)象也沒能在模型中得到體現(xiàn)。與模擬控制開關(guān)電源解決方案相比，數(shù)字控制方案會在反饋環(huán)中引入了一個內(nèi)在的時延，包

40、括ADC轉(zhuǎn)換延時，數(shù)字補償器計算延時，DPWM延時，以及一些其它的傳播延時。通常這些延時都存在于數(shù)字控制器中，而且不容易得到精確的延時值。這些時延的本質(zhì)是引入了額外的相位滯后，限制了系統(tǒng)所能達到的帶寬。在連續(xù)域中可以被認(rèn)做一個純粹的時延：Gdelay(s)=exp(-stdelay)。因此在建模設(shè)計時要對時延引入的相位滯后進行相應(yīng)的補償處理。數(shù)字控制DC-DC變換器基本模塊組成如圖5所示。圖5 數(shù)字控制DC-DC變換器基本環(huán)節(jié)組成數(shù)字DC-DC變換器建模過程中引入了采樣系統(tǒng)的等效延遲環(huán)節(jié)，在Bode圖分析和根軌跡法的基礎(chǔ)上設(shè)計了模擬補償器并離散化。數(shù)字補償器的設(shè)計是在給定的系統(tǒng)采樣速率下完成，

41、考慮了數(shù)字控制系統(tǒng)固有延遲特性對系統(tǒng)的影響，從而改善了數(shù)字重設(shè)計法的誤差，實現(xiàn)了PWM調(diào)節(jié)的精確控制。數(shù)字DC-DC變換器非線性建模的基本流程如圖6所示。在考慮了系統(tǒng)中各種非理想因素，以及量化效應(yīng)、延遲效應(yīng)的影響后，分別建立起系統(tǒng)的大信號模型及小信號模型，對頻域和時域特性進行分析，進而得到系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)。圖6 擬采用的建模分析流程圖本課題以現(xiàn)有模型法為基礎(chǔ),同時考慮功率級與控制環(huán)路各模塊以及PID補償環(huán)節(jié)，研究了BUCK型DC-DC變換器。在考慮功率MOSFET管導(dǎo)通電阻、寄生電阻、寄生電容、電感的非理想的情況下,研究數(shù)字控制變換器在連續(xù)工作模式(CCM)下的電路模型,導(dǎo)出傳

42、遞函數(shù),進行穩(wěn)態(tài)和動態(tài)小信號特性分析。得出極限環(huán)產(chǎn)生判據(jù)與參數(shù)優(yōu)化方法，其非線性建模的重點與難點在于：1） 選擇比較不同的建模方法，得出功率級輸入輸出狀態(tài)方程，并化簡。 采用現(xiàn)有的離散非線性映射模型、分段線性模型、狀態(tài)空間平均模型三種建模方法分別對DC-DC變換器進行非線性建模并且比較，選擇一種合適的模型代入?yún)?shù)進行化簡。2） 給出系統(tǒng)控制環(huán)路各部分傳遞函數(shù)系統(tǒng)反饋級各部分由A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)字調(diào)節(jié)器和數(shù)字脈寬調(diào)制部分組成。數(shù)字調(diào)節(jié)器，其中,和分別為比例、積分和微分系數(shù)。，其中,分別為數(shù)字脈寬調(diào)制，A/D轉(zhuǎn)換器的傳遞系數(shù)，分別為A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)字調(diào)節(jié)器和數(shù)字脈寬調(diào)制的輸出。3） 分析并加入系統(tǒng)中

43、的量化效應(yīng)與延遲效應(yīng)參數(shù)在A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字脈寬調(diào)制過程中，模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換必然存在量化效應(yīng)。DPWM模塊可以考慮為三部分組成：DPWM寄存器的零階保持效應(yīng)引起的延遲；DPWM中非線性增益；調(diào)節(jié)器增益。ADC模塊也分三部分組成：ADC零階保持效應(yīng)引起的延遲；ADC的非線性增益；ADC采樣頻率。控制環(huán)路延遲還應(yīng)考慮計算延遲。4） 推導(dǎo)系統(tǒng)非線性模型解析表達式，并得出極限環(huán)振蕩產(chǎn)生判據(jù)由功率級傳遞函數(shù)，以及考慮量化效應(yīng)和延時效應(yīng)后反饋級傳遞函數(shù)得到閉環(huán)系統(tǒng)完整的非線性模型解析表達式。并由穩(wěn)定性條件，得到極限環(huán)振蕩產(chǎn)生的判據(jù)。5） 加入擾動，預(yù)測極限環(huán)振蕩的發(fā)生概率。以白噪聲作為擾動信號注

44、入控制回路中，推導(dǎo)出白噪聲qAD、qPWM與轉(zhuǎn)換器、控制器中的狀態(tài)變量之間的傳遞函數(shù)。ADC量化誤差qAD(k)同DPWM量化誤差qDPWM(k)與系統(tǒng)狀態(tài)變量xi(k)之間的傳導(dǎo)函數(shù)脈沖響應(yīng)進行卷積，進而計算出狀態(tài)變量之間的協(xié)方差矩陣，得出高斯概率密度函數(shù)。進而可以得到LCO存在概率的最終值。6） 采用幾何規(guī)劃算法優(yōu)化模塊結(jié)構(gòu)參數(shù)與補償參數(shù)在此基礎(chǔ)上，采用幾何規(guī)劃算法，幾何規(guī)劃算法是一類特殊的非線性規(guī)劃問題, 是最優(yōu)化理論和方法研究的一個重要分支，它是一類特殊的非線性規(guī)劃，利用其對偶原理，可以把高度非線性問題的求解轉(zhuǎn)化為具有線性約束的優(yōu)化問題求解，使計算大為簡化。具有高效，全局優(yōu)化，可進行靈

45、敏度分析與魯棒性能設(shè)計等特點。最后確定補償結(jié)構(gòu)和優(yōu)化參數(shù)，徹底消除振蕩現(xiàn)象，提高穩(wěn)定性與可靠性。具體流程如圖7所示。圖7 幾何規(guī)劃的非線性模型的參數(shù)優(yōu)化原理圖3.2 DC-DC變換器的控制算法研究以滿足靜態(tài)及動態(tài)性能的要求相對于模擬變換器系統(tǒng)來講，數(shù)字控制變換器系統(tǒng)更加靈活多變，可以用復(fù)雜的高級控制算法來實現(xiàn)動態(tài)的補償效果。目前得到廣泛關(guān)注的模糊控制方法可在沒有精確數(shù)學(xué)模型的情況下根據(jù)專家經(jīng)驗規(guī)則表進行自主控制。而其在結(jié)合了經(jīng)典PID控制方式后，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性影響強的優(yōu)點，又具有PID控制精度高的特點；同時它們在系統(tǒng)工作點變化的情況下，從被控過程的階躍響應(yīng)或者振蕩中提取特征值，與系

46、統(tǒng)中存有的狀態(tài)進行比較選擇目前最優(yōu)的整定規(guī)則。單輸入模糊與PID控制結(jié)合，PID控制器的參數(shù)能夠根據(jù)過程特點和工況變化進行調(diào)整，通過模糊規(guī)則和模糊推理方法對PID控制器參數(shù)進行自校正，具有很好的魯棒性和抗干擾能量。適用于高階、時變的和非線性的被控對象。由于DC-DC變換器實際應(yīng)用中會存在負(fù)載參數(shù)的擾動，外界溫度變化的影響，以及自身的非線性特性，所以將模糊控制理論應(yīng)用于傳統(tǒng)的PID控制算法中，根據(jù)專家控制規(guī)則實現(xiàn)控制決策表，實時調(diào)整PID參數(shù)以使系統(tǒng)控制輸出達到理想的效果。既具有模糊控制靈活、適應(yīng)性強、抗干擾能力強等特點，同時又保留了PID控制精度高，穩(wěn)定性好等特點。但模糊規(guī)則設(shè)計較復(fù)雜。而使用

47、單輸入模糊控制，減小了計算量，設(shè)計規(guī)則簡單，不需要消耗太多的硬件資源。圖8為單輸入模糊PID控制設(shè)計流程圖。圖8 單輸入模糊PID控制設(shè)計流程設(shè)計時根據(jù)所設(shè)計的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)，以及系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)進行非線性建模，確定PID參數(shù)，后根據(jù)輸出誤差與誤差變化率進行具有特普利茨結(jié)構(gòu)模糊規(guī)則表設(shè)計，然后將系統(tǒng)通過符號距離法轉(zhuǎn)化為單輸入，再對單輸入進行模糊化，隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則設(shè)計，后選擇解模糊方法解模糊，此時單輸入模糊控制輸出對PID參數(shù)進行整定。通過對系統(tǒng)輸出是否達到所要求的控制效果進行控制器的參數(shù)追蹤，最終使得系統(tǒng)達到滿意的設(shè)計要求。圖9為我們擬采用的單輸入模糊PID結(jié)構(gòu)。圖9 單輸入模糊PID結(jié)構(gòu)圖

48、其重點難點在于：1） 單輸入控制的簡化在常規(guī)模糊控制器的基礎(chǔ)上，通過將兩個輸入變量等效成一個等效輸入變量，常規(guī)的模糊控制規(guī)則表如表2表示：表2 常規(guī)的模糊控制規(guī)則表ce e NBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNBNBNMNSZENMNBNBNBNMNSZEPSNSNBNBNMNSZEPSPMZENBNMNSZEPSPMPBPSNMNSZEPSPMPBPBPMNSZEPSPMPBPBPBPBZEPSPMPBPBPBPB表中每條對角線上的數(shù)是相同的，為特普利茨結(jié)構(gòu)。從表可以看出主對角線(ZE)兩邊的數(shù)具有反對稱特性。如果以變量e為橫坐標(biāo)，變量ce為縱坐標(biāo)，并將變量的量化臺階取無限小，那么可以

49、將表1轉(zhuǎn)化成圖10。相應(yīng)的控制規(guī)則就變成7條邊帶。圖10 無限小量化臺階的規(guī)則表通過符合距離法將雙輸入擬合為單輸入。符號距離：設(shè)任一工作點P(ce1, e1)，H(ce, e)是工作點到開關(guān)線的垂直線的交點，如圖11所示，則P(ce1, e1)到H(ce, e)點的距離l1為符號距離。圖11 符號距離示意圖根據(jù)誤差變量e和誤差變化率ce與符號距離ls的關(guān)系，可以得到圖12所示的單輸入模糊控制器的結(jié)構(gòu)框架圖。圖12 單輸入模糊控制器的結(jié)構(gòu)在常規(guī)模糊控制器的基礎(chǔ)上，通過將兩個輸入變量等效成一個等效輸入變量，簡化為單輸入模糊控制。表3 單輸入模糊控制算法的規(guī)則表符號距離lsLNBLNMLNSLZEL

50、PSLPMLPB輸出dNBNMNSZEPSPMPB模糊控制由原來規(guī)則數(shù)從原來的p2條減少為p條，大大簡化了設(shè)計。2） 規(guī)則獲取與參數(shù)優(yōu)化圖13是一個包含模糊控制器的DC/DC轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)示意圖。其中模糊控制器可以簡化為三個模塊：1)模糊化模塊，將定量的具體值用定性值的與語言值表示，即將一個誤差信號或者誤差變化率的數(shù)值轉(zhuǎn)化成一個語言值，如隸屬度中的大或者??；2)模糊推理，用來產(chǎn)生模糊規(guī)則，是對系統(tǒng)控制信號的關(guān)鍵；3)解模糊化模塊，將模糊推理產(chǎn)生的模糊量轉(zhuǎn)換成明確的數(shù)值進行輸出，提供給DC/DC轉(zhuǎn)換器的控制端。圖13 基于模糊控制的DC/DC轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖模糊控制原理最重要的特征是反映人們的經(jīng)驗以及

51、人們的常識推理規(guī)則。其中選擇調(diào)節(jié)參數(shù)、設(shè)計推理規(guī)則表沒有系統(tǒng)的步驟，是模糊控制器設(shè)計中最主要的困難。模糊規(guī)則表設(shè)計主要包括：推理值個數(shù)選擇、輸入范圍確定、隸屬函數(shù)形狀選擇以及判決方法確定。因此設(shè)計中要對帶有和不帶控制器環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)進行響應(yīng)測試，觀察在各種不同設(shè)置情況下的誤差信號和輸出控制信號的改變，幫助確定輸入和輸出隸屬值的范圍。而隸屬函數(shù)則要根據(jù)輸出控制信號的類型來確定。不同數(shù)目的模糊設(shè)置會對系統(tǒng)輸出的產(chǎn)生不同的影響，因此在設(shè)計過程中要比較不同模糊變量控制器的實際響應(yīng)，以便達到理想的跟蹤精確性。因此為了使系統(tǒng)達到理想的控制效果，在用模糊PID控制器對其進行設(shè)計時就需要根據(jù)系統(tǒng)的特點不斷進行

52、在線系統(tǒng)仿真、模糊規(guī)則調(diào)節(jié)、參數(shù)優(yōu)化等等，然后進行實際測試調(diào)節(jié)?？尚行苑治銮捌陧椖康膶嵤┦沟梦覀冊跀?shù)字控制DC-DC變換器的設(shè)計研究有了一定的積累，為本項目下一步的具體實施打下了堅實的基礎(chǔ)。理論積累 通過查閱大量的國內(nèi)外論文和專利等文獻資料，對近年來該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀，有較好地了解與把握。并且也已開展了數(shù)字控制中關(guān)鍵技術(shù)的研究，為進一步開展數(shù)字DC-DC變換器的建模與算法奠定了基礎(chǔ)。實踐基礎(chǔ) 實驗室在開關(guān)電源的研究上有多年積累，對整個DC-DC變換器的各項指標(biāo)有比較深的認(rèn)識與理解，對本項目的關(guān)鍵技術(shù)問題和采取的措施，有一定的分析和研究。并且于2010年設(shè)計了一款Buck型數(shù)字控制DC-DC

53、變換器，目前已通過MPW流片驗證。這為本課題的實施提供了一個基本平臺，大大減少了課題的前期工作。在算法研究上采用matlab/simulink進行了DC-DC變換器的預(yù)測控制、PID控制、專家PID控制、模糊控制、單輸入模糊控制、模糊PID控制的仿真比較。設(shè)計了一款基于FPGA的buck型數(shù)字電源驗證系統(tǒng)，并設(shè)計測試驗證了基于FPGA的預(yù)測控制、PID控制、模糊控制、單輸入模糊控制的DC-DC變換器。在此基礎(chǔ)上并且進行了數(shù)字PID控制、預(yù)測控制的CSMC 0.5m工藝和SMIC 0.13m工藝的MPW流片驗證。方案執(zhí)行 本課題整體實施方案分三步完成。首先建立系統(tǒng)模型，屬于理論研究階段；接著是數(shù)

54、字控制與算法策略研究，再則主要體現(xiàn)在芯片電路設(shè)計，對此，必須堅持按部就班，逐個擊破。在電路設(shè)計與電路仿真的不斷反復(fù)中，逐漸完善電路性能，逐步達到預(yù)期的設(shè)計指標(biāo)。最終進行流片測試以驗證設(shè)計結(jié)果的正確性 ?？傮w來說，本課題實施中理論與實驗相結(jié)合，設(shè)計步驟安排合理，對可能遇見的問題認(rèn)識充分，應(yīng)對合理，具有很高的可行性。4本項目的特色與創(chuàng)新之處；本項目的重要特色和創(chuàng)新之處具體表現(xiàn)在以下三個方面：1）通過深入研究數(shù)字控制DC-DC變換器的各種非線性效應(yīng)與寄生參數(shù)，建立完整精確的系統(tǒng)模型以指導(dǎo)電路系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，徹底消除有限環(huán)振蕩，改善電源穩(wěn)定性、可靠性。2）采用單輸入模糊PID控制算法，線性與非線性控制

55、相結(jié)合，同時采用單輸入簡化結(jié)構(gòu)提高實時性，改善了數(shù)字控制DC-DC變換器各項指標(biāo)性能，如精度、瞬態(tài)響應(yīng)速度等特性。3）采用深亞微米CMOS工藝，設(shè)計與實現(xiàn)用于SoC動態(tài)能耗管理的高性能數(shù)字控制DC-DC變換器芯片，以驗證理論方法的正確性。5年度研究計劃及預(yù)期研究結(jié)果（包括擬組織的重要學(xué)術(shù)交流活動、國際合作與交流計劃等）。本項目分4年實施，年度研究計劃及預(yù)期成果為：2014年度：考慮時延效應(yīng)、量化效應(yīng)，建立系統(tǒng)的非線性時變模型，在此基礎(chǔ)上，考慮系統(tǒng)的寄生參數(shù)，設(shè)計系統(tǒng)補償電路參數(shù)；采用Matlab/Simulink 進行仿真與FPGA驗證，確定數(shù)字DC-DC變換器控制系統(tǒng)架構(gòu)及性能指標(biāo)分配。本年

56、度發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文1篇。2015年度：控制算法的研究：1）PID參數(shù)的優(yōu)化 根據(jù)前面非線性能建模得到PID參數(shù)，還要根據(jù)復(fù)雜負(fù)載變化及系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)綜合考量進行優(yōu)化。2）單輸入模糊控制算法的研究 根據(jù)輸出誤差與誤差變化率進行具有特普利茨結(jié)構(gòu)模糊規(guī)則表設(shè)計，然后將系統(tǒng)通過符號距離法轉(zhuǎn)化為單輸入，再對單輸入進行模糊化，隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則設(shè)計，后選擇解模糊方法解模糊，完成單輸入模糊控制輸出對PID參數(shù)進行整定。3）在線系統(tǒng)仿真、調(diào)節(jié)與參數(shù)優(yōu)化為了使系統(tǒng)達到理想的控制效果性，調(diào)節(jié)參數(shù)的取值及范圍，即隸屬函數(shù)論域，要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的響應(yīng)確定，不同數(shù)目的模糊設(shè)置會對系統(tǒng)輸出的產(chǎn)生不同的影響，在用模糊控

57、制器對其進行設(shè)計時就需要根據(jù)系統(tǒng)的特點不斷進行在線系統(tǒng)仿真、進行模糊規(guī)則的調(diào)節(jié)、參數(shù)優(yōu)化等等，然后進行實際測試調(diào)節(jié)。通過對系統(tǒng)輸出是否達到所要求的控制效果進行控制器的參數(shù)追蹤，最終使得系統(tǒng)達到滿意的設(shè)計要求。本年度發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文2篇，申請發(fā)明專利1項，參加國際會議1次。2016年度：1) 根據(jù)對系統(tǒng)整體性能提高的理論研究的基礎(chǔ)上搭建實驗平臺進行具體電路的設(shè)計，重點研究數(shù)字控制算法和DPWM的數(shù)字抖動技術(shù)、多模式切換技術(shù)；2) 完成數(shù)字接口電路、數(shù)字可配置控制環(huán)路的設(shè)計及FPGA驗證，通過Matlab、 Quartus等軟件對電路進行仿真測試，最終在FPGA開發(fā)板上完成系統(tǒng)測試；3) 進行whole chip仿真和版圖設(shè)計，進行流片試驗。本年度發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文1篇，申請發(fā)明專利1項，參加國際會議1次。2017年度：在前面流片試驗的基礎(chǔ)上，進行測試分析，并和理論計算結(jié)果進行比較，找出存在的問題，對結(jié)構(gòu)做進一步的優(yōu)化；提交