隨著數據處理功能不斷加強的微處理器和數字信號處理器的出現，使數字控制成為直流開關電源控制的一種可行方法。但由于現有微處理器的運算能力有限，目前數字控制只應用于開關頻率比較低的直流開關電源中。而且控制環(huán)結構中的零階保持、A/D轉換、計算以及PWM信號生成所造成的時延，降低了控制環(huán)的響應特性和控制器的帶寬。因此對于實時性要求很高的控制系統(tǒng)，數字控制系統(tǒng)很難得到應用。為了改善直流變換器數字控制系統(tǒng)的性能，對時延補償方法的研究一直是數字控制系統(tǒng)的一個重要課題。目前時延的補償方法主要集中于對控制系統(tǒng)的間接離散化的補償和對基于預估技術的控制系統(tǒng)直接離散化的補償。
2直流變換器的數字化控制的實現方法目前實現直流變換器數字化控制的兩種方法為間接離散化控制和直接離散化控制。對于間接離散化方法，先設計連續(xù)時域的控制器，然后將控制器離散化為數字控制器。而直接離散化方法，就是將控制器直接在離散域（域）中進行設計。間接離散化設計是先建立連續(xù)時域控制系統(tǒng)，然后將連續(xù)時域控制系統(tǒng)離散化為數字控制系統(tǒng)，通過優(yōu)化數字控制器的系數使數字控制系統(tǒng)的閉環(huán)響應特性更精確地近似等效于模擬控制器的閉環(huán)響應特性。而基于預估技術的補償法是對控制系統(tǒng)進行直接離散化設計，通過預估技術使延遲了的被調量超前反饋到調節(jié)器，從而獲得良好的輸出性能。
3間接離散化的補償隨著數字化設備應用于控制系統(tǒng)，就要把現存的連續(xù)數據系統(tǒng)轉換成數字系統(tǒng)。而數字控制器可以通過控制器間接離散化實現，并且離散化的方式各異，所以實現補償的方法也各異。
3.1CAD模式補償方法實現控制器的離散化方法較多。Tabak于1971年提出通過雙線性轉變方法將連續(xù)補償器轉換成數字控制器來實現連續(xù)時域控制系統(tǒng)的離散化。但是此方法只是考慮到數字控制器的頻率響應特性，而沒有考慮到整個系統(tǒng)的頻率響應特性，所以雖然此方法簡單并且易于應用，但只有采樣頻率足夠高時才能得到近似的連續(xù)系統(tǒng)響應特性，因此現在應用得比較少。
通過最小化數據采樣系統(tǒng)的頻率特性函數與連續(xù)模式下的傳遞函數之間誤差的均方差，來合成數字控制器，使采樣數據系統(tǒng)的頻率響應特性逼近連續(xù)時域系統(tǒng)的響應特性。
此模式基于被控對象的脈沖傳遞函數和連續(xù)時域系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數的參數，因此并不需要很高的采樣頻率。
償器用數字控制器代替并加入一個數據采樣器。
其中數字控制器的脈沖傳遞函數可以表示為控制器的系數的方法對系統(tǒng)產生的時延進行補償，但是計算過程很復雜，并且沒有對零階保持時延進行有效的補償。
性取決于系數a和ba和b的確定是通過使采樣數據系統(tǒng)的頻率響應特性擬合理想頻率響應特性的算法實現的。設F（）是連續(xù)時域控制系統(tǒng)的閉環(huán)理想傳遞函數，G/（（c）是采樣數據控制系統(tǒng)的頻率特性函數，e（co）為兩者之差，即a和b的一組最佳解可通過滿足最小化誤差函數e（c）的均方差來求得。如所示，對相應的傳遞函數進行Z變換，則得到將一部分函數表達成復數的形式在此過程中假設反饋函數H（s）=1，則最后可以得到3.2零極點補償方法在采樣頻率較低的情況下，如果不考慮對零階保持的補償，就會降低整個閉環(huán)系統(tǒng)的響應性能和穩(wěn)定性。中Raviv和W.Djaja提出了一種簡單而非常實用的零階保持補償技術通過適當的離散化模式增加數字控制器的零極點，增加的零點和極點對數字控制器進行補償并且顯著改善其性能和穩(wěn)定性。
通常來講，零階保持產生的時延約為半個采樣周期，當頻率滿足零極點補償公式為提供了超前半個周期的相角，從而補償了由零階保持產生的時延。對于一個穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)，其離散化系統(tǒng)的特征多項式必須滿足其中其所有多重根必須位于Z域的單位圓中。的D'（z）就是控制器傳遞函數Gc（s）的對應離散化形式則最小化的誤差函數所示的Smith預估補償法被廣泛地應用于數字控制系統(tǒng)中。通過采用Smith預估補償器，將時延從閉環(huán)特征方程消除，從而克服時延對整個系統(tǒng)控制的影響。
常規(guī)Smith預估補償控制算法框圖如所示。圖中，GO為控制器傳遞函數，GF（s）為控制對象傳遞函數，且有GF（s）=GP（s）e―Q，GP（s）為GF（s）中不含時延的部分。Gln（s）e是模型，Gm（s）是預估器，Tm是對象模型時延的估計值。在模型精確的情況下則系統(tǒng)特征方程變?yōu)樵谀Ｐ途_的條件下，用Smith預估補償算法對系統(tǒng)進行控制，可使系統(tǒng)有很好的動態(tài)特性。但是Smith預估補償法的魯棒性差，當預估模型和實際控制對象不符時，則可能引起振蕩甚至發(fā)散。它對模型的偏差十分敏感尤其是對模型的時延誤差和增益誤差。當模型的參數發(fā)生變動時，系統(tǒng)的輸出將明顯變壞，甚至會出現不穩(wěn)定的現象。
4.2基于線性化推測的預估補償法化推測的預估補償法在一定條件下可以獲得較好的控制效果。此方法不但對零階保持產生的時延進行有效補償，而且對整個數字控制系統(tǒng)進行補償。
在傳統(tǒng)的離散控制系統(tǒng)中，通過計算Tn時的控制變量Un來控制！時的輸出量。而預估法在Tn時通過預先估計時的輸出而獲得預測控制變量M*n+1，使延遲的被調量超前反應到控制器，從而補償系統(tǒng)的時延。
如所示，Dc（z）是連續(xù)時域控制器Gc（）的離散化形式，H（s）是被控對象的傳遞函數。H（）可以表示為公式（23）所示的補償法的效果取決于系數k1的精確性。當系統(tǒng)的參數誤差較大或系統(tǒng)發(fā)生變化時，則補償法的效果不理想。公式（24）所示的補償法不受系統(tǒng)參數的影響，能夠將系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性較好地結合起來，而且算法簡單，占用的系統(tǒng)運算資源較少。
5結束語本文對數字控制器的主要補償方法進行了總結，并且詳細地分析了各個方法的特點。一些新的技術應用于直流變換器的連續(xù)時域控制系統(tǒng)的離散化，通過優(yōu)化控制系統(tǒng)的系數來改善其控制性能。對直流變換器的直接離散化數字控制具有更廣的控制帶寬和更優(yōu)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且在采樣頻率較低的情況下，其控制性能優(yōu)于間接離散化數字控制。因此隨著數字信號處理器和微處理器的發(fā)展，預估補償法將會廣泛地應用于數字化控制設計中。Bibian和Huajin提出的基于線性化推測的預估補償法，由于其實時性較強因而引起了關注。但是如何建立好的預估補償模型和算法，使系統(tǒng)的控制性能更加完善，將是開關電源數字控制技術的主要研究課題之一。
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