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随着人工智能时代的到来,开关电源得到了极大的发展。DC-DC变换器作为一种常用的开关电源形式,也逐步引起了人们广泛的关注。相对于传统的模拟控制,数字控制式开关电源具有结构简单、控制算法灵活、可靠性强等优点;同时,随着电子器件体积的逐渐减小,数字控制电源的集成度越来越高、体积与功耗越来越小,应用场合也越来越广泛。本论文设计一款基于模糊PI(等效单输入模糊PI(equivalent single-input fuzzy PI,ESIF-PI))数字控制算法的Buck型DC-DC变换器,并通过MATLAB仿真及FPGA测试证明其具有优越的动静态性能。论文首先给出了变换器系统的基本原理,通过状态空间平均法建立了主拓扑的传递函数;然后采用朱利判据整定PI算法控制参数的稳定边界,设计了常规PI控制器;接着引入模糊算法与PI算法相结合,通过分析输出电压波形曲线及增量式PI算法的表达式,建立对应的二维模糊规则表,得到双输入模糊PI(double-input fuzzy PI,DIF-PI)控制器,并通过两组Toeplitz型模糊规则表等效替代所设计的模糊规则表的功能;最后,采用符号距离法对Toeplitz型模糊规则表进行降维,得到两个单输入模糊PI控制器,同时使用基因算法进行参数寻优,保证得到的等效单输入模糊PI控制器与双输入模糊PI控制器的控制性能等价。本论文设计的变换器系统通过选择器根据输入模糊变量E与EC的大小关系确定单个周期内真正工作的单输入模糊PI控制器,由于在每个采样周期内都有唯一的单输入模糊PI控制器在工作,所以在整个工作时域上仍可看作一个等效的单输入模糊PI控制器。本论文搭建了基于FPGA的Buck型DC-DC变换器测试平台,在不同的测试条件下对系统进行测试。各个状态的测试结果如下:在动态测试条件下,基于等效单输入模糊PI控制算法和双输入模糊PI控制算法的变换器的建立时间分别为496μs和508μs,小于常规PI算法的1.4ms;当负载电流在1A与0.5A之间跃变时,基于等效单输入模糊PI控制算法的变换器系统的最大恢复时间为218μs,最大过冲为212mV,且与双输入模糊PI控制算法的控制性能近似等价,同时优于同等条件下的常规PI控制算法。在静态测试条件下,当输入电压在1.9V至5V及负载电流在0A至1.1A变化时,基于等效单输入模糊PI控制算法的变换器能够将输出电压稳定在1.8V,且最大偏差小于1%,同时,稳态时电压纹波为18mV,各个测试结果均满足设计指标。