1、實用標準文檔BUCK!路閉環PID控制系統的MATLA仿真、課題簡介BUCK!路是一種降壓斬波器，降壓變換器輸出電壓平均值Uo總是小于輸入電壓U。通常電感中的電流是否連續，取決于開關頻率、濾波電感L和電容C的數值。簡單的BUCK電路輸出的電壓不穩定，會受到負載和外部的干擾，當加入PID控制器，實現閉環控制?？赏ㄟ^采樣環節得到PW調制波，再與基準電壓進行比較，通過PID控制器得到反饋信號，與三角波進行比較，得到調制后的開關波形，將其作為開關信號，從而實現BUCKt路閉環PID控制系統。1、BUCK變換器主電路參數設計2.1設計及內容及要求1、輸入直流電壓(VIN):15V2、輸出電壓(VO):5

2、V3、輸出電流(IN):10A4、輸出電壓紋波峰-峰值Vpp<50mV5、鋸齒波幅值Um=1.5V6、開關頻率(fs):100kHz7、采樣網絡傳函H(s)=0.3VD=0.5V,電感中的電阻壓降VON=0.5V濾波電容C與電解電容8、BUCK主電路二極管的通態壓降VL=0.1V，開關管導通壓降RC的乘積為75*F文案大全2.2主電路設計根據以上的對課題的分析設計主電路如下in:Rl圖2-1主電路圖1、濾波電容的設計因為輸出紋波電壓只與電容的容量以及ES市關,Vrr02N電解電容生產廠商很少給出ESR但C與Rd的乘積趨于常數，約為5080卩*QF。在本課題中取為75yQ*F，由式（1）可

3、得R=25mQ,C=3000卩F2、濾波電感設計開關管閉合與導通狀態的基爾霍夫電壓方程分別如式（2）、（3）所示:Vn-V°-Vl-V°=3L/T°(2)V。%Vd二LL/Toff（3）ToffTon-1/fs由上得：V.-V-VlTVdinoLD：L(5)假設二極管的通態壓降Vd=0.5V,電感中的電阻壓降Vl=0.1V,開關管導通壓降Vo=0.5V。利用Ton'Toff刊，可得ToN=3.73卩S,將此值回代式，可得L=17.5卩H3、占空比計算根據：D詩由上得：Ton'Toff=1fs,可得Ton=3.73卩S,貝UD=0.373二、BUCK

4、變換器PID控制的參數設計PID控制是根據偏差的比例P）、積分I）、微分D）進行控制，是控制系統中應用最為廣泛的一種控制規律。通過調整比例、積分和微分三項參數，使得大多數工業控制系統獲得良好的閉環控制性能。PID控制的本質是一個二階線性控制器，其優點：1、技術純熟；2、易被人們熟悉和掌握；3、不需要建立數學模型；4、控制效果好；5、消除系統穩定誤差。3.1主電路傳遞函數分析vd(1)15(17.510Gvd-5S)3.510AS5.2510_8S2原始回路增益函數Go為:V|N1sCRCG°s)=Gm(s)?H(s)?Gvd(s)1ss2LCR帶入數據得：115(17.510S)Go

5、二0.31.513.510岀S5.2510岀S23.2補償環節的設計3+0.225x10°13.510岀S5.2510AS2補償器的傳遞函數為:Gc(s)二(1SR2CJ1s(R1R3)C3sR1(CC2)(1R2C1C2sCA)(1SIS)有源超前-滯后補償網絡有兩個零點、三個極點fP1,P2=694.96HZ2二丄C23.14J7.530001012fZ012二RcC23.140.0253000106=2123.14HZfz1=0.75fp0=0.75694.96=521.22HZ(8)fz2二fp0=694.96HZfP2二fz0=2123.14HZP3零點為：100250KH

6、Z(10)丄=521.2HZ包=2二RO'1一./三=694.9HZ2沢(R+R3Ca2RC3(11)1極點為：fp為原點,fp3二R2CQ2C1C2(12)頻率fz1與fz2之間的增益可近似為：AV1二R1在頻率fp2與fp3之間的增益則可近似為：AV2二吋睫:旦2R1十R3R3考慮達到抑制輸出開關紋波的目的，增益交接頻率取fg二史=100二20KHZ55(fs為開關頻率)開環傳函Gos的極點頻率為：f11fpi，p2=694.96HZ(13)2二一LC23.14”17300010J2將Gcs兩個零點的頻率設計為開環傳函Gos兩個相近極點頻率的fz仁fz2=1fp1,p2=扌x694

7、.96=347.48。(14)將補償網絡Ges兩個極點設為fp2二fp3二fs=100KHZ以減小輸出的高頻開關紋波。AV1=we(j2兀fg|)=&R1fp2R2AV2Ge(j2兀fg|)=fgR3根據已知條件使用MATLAB?序算得校正器Ge(s)各元件的值如下:取R2=10000歐姆H(S)=3/10算得：R1=1.964e+004歐姆R3=6.8214歐姆C1=4.5826e-008FC2=1.5915e-011FC3=2.3332e-008Ffz1=347.3046HZfz2=347.3046HZfp2=1000KHZfp3=1000KHZAV1=0.5091AV2=1.46

8、60e+003由(2)(3)式得：G(s)=1.197e-024sA5+1.504e-017sA4+4.728e-011sA3+3.18e-008sA2+0.0009004s/4.727e-011sA3+8.365e-007sA2+0.002975s+3補償器伯德圖為101io23sfrioio*10ioFrequency(racVsec)ioBiosIO'9圖4-1-1超前滯后校正器的伯德圖加入補償器后BodeDiagrannrad/sec)Frequency(radfeec)Gm=InfdB(atInfradfeec)riPm=172deg(al2.56&+005圖4-1-

9、2加入補償器后系統的伯德圖相角裕度和幅值裕度為：BodeDiagramGm=InfdB(atInfradfeec),Pm=172deg(at2,56e+005rad/sec:圖4-1-3加入補償器后系統的相角裕度和幅值裕度相角裕度到達172度，符合設計要求。（所用MATLAB?序見附錄）四、BUCK變換器系統的仿真4.1仿真參數及過程描述仿真參數:Go=3+0.225"0，S1+3.5江10AS+5.25漢10S2G(s)=1.197e-024sA5+1.504e-017sA4+4.728e-011sA3+3.18e-008sA2+0.0009004s/4.727e-011sA3+8

10、.365e-007sA2+0.002975s+34.2仿真模型圖及仿真結果PulseDCVoltageS?ur?0ClackIDWortepac?2+S?op口一JL0；ILBStiiisRLCBrjnohCutriMUejsuNrrentSeries:RLCBrainchl口*-bVoltageMeasurementToWatec'JKl圖4-2-1主電路仿真圖leoffset:DX10圖4-2-2仿真波形ClMk巾融卿】沁MultiE-CM'dhceSwx*乩葉；FL:BindIxlturdtird5eAieiRl乂剛貞KT戶0廨費貳彳23eOI7A2.?5rf1DSADa

11、KmTq詢|Fm4-2-3加PID控制的仿真電路1E五、總結本設計論文完成了設計的基本要求詳盡的闡述了設計依據，工作原理敘述，BUCI電路的設計，PID控制設計，傳遞函數參數計算，電路仿真。在進行本設計論文撰寫時，我能夠積極的查閱資料，和別人討論，積極的采納別人的意見。對電路的工作原理、參數的基數過程，所用器件的選擇都進行了深入的闡述。我能夠認真撰寫論文，對論文進行進一步的修改。深入研究課題所涉及的內容，希望此設計能夠對達到其預期的效果。由于時間和自身水平的限制，我所做的設計還有很多的不足之處。但通過這段時間以來的實踐，我也掌握了很多的經驗和教訓。通過這次的課程設計，我了解到怎樣把自己在書本上

12、學習到的知識應用到實際的工作之中，也學到很多待人處事的道理，想這在我以后的工作和學習中將是我的寶貴財富。程序clc;Clear;Vg=;L=;C=;fs=;R=;Vm=;H=;G0=tfVg*H,L*CFigure(1)Margin(G0)fp1=1/(2*pi*sqrt(L*C);Fg(1/2)*fs;Fz1=(1/2)*fp1;Fz2=(1/2)fp1;Fp2=fs;Fp3=fs;marg_G0,phase_G0=bode(G0,fg*2*pi);Marg_G=1/marg_G0;AV1=fz2/fg*marg_G;AV2=fp2/fg*marg_G;R2=10*10A3;R3=R2/AV2;C1=1/(2*pi*fz1*R2);C3=1/(2*pi*fzp2*R3);C2=1/(