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ZPETC 及其在 DC/DC 变换器中的应用研究
夏泽中，施三保
（武汉理工大学 自动化学院，武汉 430070）
摘 要：本文将零相位误差跟踪控制引入到 DC/DC 变换器中，详细介绍了 ZPETC 的工作原理，
证明了控制效果的有效性，提供了 DC/DC 变换器的数学模型，并进行了 ZPETC 控制的 DC/DC
仿真，仿真结果表明其能够实现快速高效、无相位差和超调的控制跟踪效果。该算法控制方
便，克服了传统 PID 控制的缺点，具有一定的理论意义和应用前景。
关键词：零相位误差跟踪控制，DC/DC 变换器，超调，前馈控制
1 引言
随着电力电子技术的快速发展和中小功率电源的广泛应用，人们对电源的高效率、大
电流、高稳压精度和快响应速度等性能要求也不断提高，一些应用于开关电源的新的控制算
法纷纷得以研究和应用。例如，基于模糊 PID 的控制方案[1]和基于模糊神经元离散控制算
法在电源稳态调节中得到了很好的控制效果[2]。
Tomizuka M 在 1987 年提出了零相位误差跟踪控制器(Zero Phase Error Tracking
Control-ZPETC) [3]，这是一种基于逆系统思想的前馈控制器，结合零、极点和相位对消，
在较大的带宽范围内对闭环动态系统进行逆处理，消除闭环系统的相位误差并实现单位静态
幅值增益。其简单适用的应用特点使其迅速在数控、航空、军事等领域获得了成功应用[4][5]。
本文针对 ZPETC 的优点和 DC/DC 变换器的特性，将 ZPETC 用于 DC/DC 变换器控制，用
以实现系统的零相位误差和单位增益。仿真结果表明，该算法改善了传统 PID 控制性能，
具有更好的动静态品质，适用于各种要求较高的中小功率开关电源的控制。
2 零相位跟踪控制器
零相位跟踪控制的基本原理就是采用预见控制，利用已知的未来信息设计补偿器，使
从目标输入到控制输出的相位差在全频率域内为 0，其基本结构如图 1 所示：
C
r
(
z
)
C(
z
) G
p
(
z
)
Gc(z)
G(z)
y
r
+
-
e
u
图 1 相位跟踪控制框图
图中，r,e,u,y 和 GP(z)分别表示目标输入、误差、反馈控制器输出、总输出和离散时间
控制对象，C(z)是以稳定性为目的而设计的反馈控制器，Cr(z)是以跟踪性为目的而设计的零
相位跟踪控制器。如果 Gc(z)已经设计好了，并使系统能稳定运行，那么关键问题是如何设
计 Cr (z)。设控制对象和反馈控制器组成闭环系统的离散时间传递函数为：
)(
)(
)(
d
dd
c
zA
zBz
zG
−
−−
= (1)
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