本文基于Buck變換器提出了一種采用輸出電壓、輸出電流進(jìn)行雙閉環(huán)控制的模糊PID（F-PID）控制方法。并通過Matlab/Simulink和Cadence PSpice聯(lián)合仿真驗(yàn)證了該新型控制方法具有很好的穩(wěn)定和瞬態(tài)響應(yīng)性能。
　　1 雙閉環(huán)F-PID 控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
　　本文提出的控制方法直接以負(fù)載電流作為反饋量直接控制控制器的占空比輸出值，從而避免了傳統(tǒng)控制器由于電流采樣點(diǎn)位置而造成的問題。
　　Matlab作為的控制算法設(shè)計(jì)仿真工具，特別是其中包含有模糊控制工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）和Simulink設(shè)計(jì)仿真工具。所以本文中采用Matlab作為控制系統(tǒng)的控制器部分的設(shè)計(jì)仿真工具。
　　本控制器的SimuLink框圖如圖2。其中輸出電壓標(biāo)定后作為外環(huán)的反饋量以穩(wěn)定輸出電壓，輸出電流標(biāo)定后作為內(nèi)環(huán)的反饋量以加快負(fù)載變化響應(yīng)。外環(huán)電壓控制器即AVR采用F-PID控制器而內(nèi)環(huán)電流控制器ACR采用傳統(tǒng)的PID控制器以達(dá)到控制器復(fù)雜度和性能的折中。ACR的輸出經(jīng)過PWM調(diào)制后作為Buck變換器MOSFET的驅(qū)動信號。

　　本控制器為了滿足VRM對于輸出電壓度的高要求，遂讓F-PID控制器工作電壓區(qū)間較小以提高輸出電壓度。AVR采用F-PID和傳統(tǒng)PID的雙控制器相互切換的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。其中傳統(tǒng)PID控制器在輸出電壓誤差非常大時進(jìn)行控制，F(xiàn)-PID控制器在輸出電壓誤差在一定限度內(nèi)時進(jìn)行控制。F-PID控制器中的模糊控制器采用典型的兩輸入三輸出設(shè)計(jì)，如圖4所示。輸入量分別為電壓誤差E 和電壓誤差變化率EC。輸出量分別為傳統(tǒng)PID控制器的KP，KI，KD的調(diào)整系數(shù)KKP，KKI，KKD。這樣可以使模糊控制器自適應(yīng)PID參數(shù)的設(shè)定值，而不用一同調(diào)節(jié)其中參數(shù)。由于直接由變換器輸出電壓進(jìn)行微分得到的直接誤差變化率極易受外部干擾出現(xiàn)很大的尖峰且直接誤差變化率變化范圍非常大達(dá)到正負(fù)1e13以上。所以本課題沒有采用微分得到的直接誤差變化率作為模糊控制器EC輸入信號，而是對其采取了取常用對數(shù)并保持原來正負(fù)的方法重新標(biāo)定，如圖5所示。在微分前加入低通濾波器以及在微分后加入一階采樣保持器的方法濾除過大尖峰的辦法弱化并消除干擾的影響。

　　模糊控制器采用Mamdani型。輸入輸出變量的隸屬度函數(shù)均為線性，模糊子集為{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，子集中的元素分別代表負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大。輸入量的論域?yàn)閇-3，3]，輸出量的論域?yàn)閇0，6]。模糊控制的規(guī)則表如圖6所示。
　　ACR采用常規(guī)PID控制器以快速響應(yīng)輸出電流的變化，如圖7所示。PWM調(diào)制時通過調(diào)整鋸齒波的大小變化范圍設(shè)置穩(wěn)態(tài)時的輸出占空比以加快穩(wěn)定。

　　2 Buck 變換器與控制器的聯(lián)合仿真
　　Cadence/Pspice 是常用的功率電路仿真環(huán)境之一，且其提供了極為便利的和Matlab進(jìn)行聯(lián)合仿真的接口，即Matlab/Simulink 中的SLPS模塊。所以本控制系統(tǒng)中Buck變換的設(shè)計(jì)和仿真在Pspice環(huán)境下進(jìn)行。仿真以14~22 V 直流輸入3.3 V/（0~10 A）直流輸出為Buck變換器輸入輸出指標(biāo)，其中Lo=30 μH，Co=220 μF，如圖8，圖9所示。