BUCK電路閉環(huán)控制系統(tǒng)地MATLAB仿真

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔BUCK!路閉環(huán)PID控制系統(tǒng)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(xù)，取決于開關(guān)頻率、濾波電感L和電容C的數(shù)值。簡單的BUCK電路輸出的電壓不穩(wěn)定，會受到負(fù)載和外部的干擾，當(dāng)加入PID控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。可通過采樣環(huán)節(jié)得到PW調(diào)制波，再與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，通過PID控制器得到反饋信號，與三角波進(jìn)行比較，得到調(diào)制后的開關(guān)波形，將其作為開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)BUCKt路閉環(huán)PID控制系統(tǒng)。1、BUCK變換器主電路參數(shù)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)及內(nèi)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(guān)頻率(fs):100kHz7、采樣網(wǎng)絡(luò)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(tài)壓降VL=0.1V，開關(guān)管導(dǎo)通壓降RC的乘積為75*F文案大全2.2主電路設(shè)計(jì)根據(jù)以上的對課題的分析設(shè)計(jì)主電路如下in:Rl圖2-1主電路圖1、濾波電容的設(shè)計(jì)因?yàn)檩敵黾y波電壓只與電容的容量以及ES市關(guān),Vrr02N電解電容生產(chǎn)廠商很少給出ESR但C與Rd的乘積趨于常數(shù)，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(shè)計(jì)開關(guān)管閉合與導(dǎo)通狀態(tài)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(shè)二極管的通態(tài)壓降Vd=0.5V,電感中的電阻壓降Vl=0.1V,開關(guān)管導(dǎo)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(jì)算根據(jù)：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(shù)設(shè)計(jì)PID控制是根據(jù)偏差的比例P）、積分I）、微分D）進(jìn)行控制，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。通過調(diào)整比例、積分和微分三項(xiàng)參數(shù)，使得大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能。PID控制的本質(zhì)是一個(gè)二階線性控制器，其優(yōu)點(diǎn)：1、技術(shù)純熟；2、易被人們熟悉和掌握；3、不需要建立數(shù)學(xué)模型；4、控制效果好；5、消除系統(tǒng)穩(wěn)定誤差。3.1主電路傳遞函數(shù)分析vd(1)15(17.510Gvd-5S)3.510AS5.2510_8S2原始回路增益函數(shù)Go為:V|N1sCRCG°s)=Gm(s)?H(s)?Gvd(s)1ss2LCR帶入數(shù)據(jù)得：115(17.510S)Go

5、二0.31.513.510岀S5.2510岀S23.2補(bǔ)償環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)3+0.225x10°13.510岀S5.2510AS2補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)為:Gc(s)二(1SR2CJ1s(R1R3)C3sR1(CC2)(1R2C1C2sCA)(1SIS)有源超前-滯后補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)零點(diǎn)、三個(gè)極點(diǎn)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(diǎn)為：100250KH

6、Z(10)丄=521.2HZ包=2二RO'1一./三=694.9HZ2沢(R+R3Ca2RC3(11)1極點(diǎn)為：fp為原點(diǎn),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(dá)到抑制輸出開關(guān)紋波的目的，增益交接頻率取fg二史=100二20KHZ55(fs為開關(guān)頻率)開環(huán)傳函Gos的極點(diǎn)頻率為：f11fpi，p2=694.96HZ(13)2二一LC23.14”17300010J2將Gcs兩個(gè)零點(diǎn)的頻率設(shè)計(jì)為開環(huán)傳函Gos兩個(gè)相近極點(diǎn)頻率的fz仁fz2=1fp1,p2=扌x694

7、.96=347.48。(14)將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Ges兩個(gè)極點(diǎn)設(shè)為fp2二fp3二fs=100KHZ以減小輸出的高頻開關(guān)紋波。AV1=we(j2兀fg|)=&R1fp2R2AV2Ge(j2兀fg|)=fgR3根據(jù)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(bǔ)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(bǔ)償器后BodeDiagrannrad/sec)Frequency(radfeec)Gm=InfdB(atInfradfeec)riPm=172deg(al2.56&+005圖4-1-

9、2加入補(bǔ)償器后系統(tǒng)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(bǔ)償器后系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度相角裕度到達(dá)172度，符合設(shè)計(jì)要求。（所用MATLAB?序見附錄）四、BUCK變換器系統(tǒng)的仿真4.1仿真參數(shù)及過程描述仿真參數(shù):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(jié)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M(jìn)ultiE-CM'dhceSwx*乩葉；FL:BindIxlturdtird5eAieiRl乂剛貞KT戶0廨費(fèi)貳彳23eOI7A2.?5rf1DSADa

11、KmTq詢|Fm4-2-3加PID控制的仿真電路1E五、總結(jié)本設(shè)計(jì)論文完成了設(shè)計(jì)的基本要求詳盡的闡述了設(shè)計(jì)依據(jù)，工作原理敘述，BUCI電路的設(shè)計(jì)，PID控制設(shè)計(jì)，傳遞函數(shù)參數(shù)計(jì)算，電路仿真。在進(jìn)行本設(shè)計(jì)論文撰寫時(shí)，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(shù)的基數(shù)過程，所用器件的選擇都進(jìn)行了深入的闡述。我能夠認(rèn)真撰寫論文，對論文進(jìn)行進(jìn)一步的修改。深入研究課題所涉及的內(nèi)容，希望此設(shè)計(jì)能夠?qū)_(dá)到其預(yù)期的效果。由于時(shí)間和自身水平的限制，我所做的設(shè)計(jì)還有很多的不足之處。但通過這段時(shí)間以來的實(shí)踐，我也掌握了很多的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我了解到怎樣把自己在書本上

12、學(xué)習(xí)到的知識應(yīng)用到實(shí)際的工作之中，也學(xué)到很多待人處事的道理，想這在我以后的工作和學(xué)習(xí)中將是我的寶貴財(cái)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/(