BUCK电路闭环控制系统地MATLAB仿真

1、实用标准文档BUCK!路闭环PID控制系统的MATLA仿真、课题简介BUCK!路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输入电压U。通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。简单的BUCK电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID控制器，实现闭环控制。可通过采样环节得到PW调制波，再与基准电压进行比较，通过PID控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCKt路闭环PID控制系统。1、BUCK变换器主电路参数设计2.1设计及内容及要求1、输入直流电压(VIN):15V2、输出电压(VO):5

2、V3、输出电流(IN):10A4、输出电压纹波峰-峰值Vpp<50mV5、锯齿波幅值Um=1.5V6、开关频率(fs):100kHz7、采样网络传函H(s)=0.3VD=0.5V,电感中的电阻压降VON=0.5V滤波电容C与电解电容8、BUCK主电路二极管的通态压降VL=0.1V，开关管导通压降RC的乘积为75*F文案大全2.2主电路设计根据以上的对课题的分析设计主电路如下in:Rl图2-1主电路图1、滤波电容的设计因为输出纹波电压只与电容的容量以及ES市关,Vrr02N电解电容生产厂商很少给出ESR但C与Rd的乘积趋于常数，约为5080卩*QF。在本课题中取为75yQ*F，由式（1）可

3、得R=25mQ,C=3000卩F2、滤波电感设计开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如式（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)假设二极管的通态压降Vd=0.5V,电感中的电阻压降Vl=0.1V,开关管导通压降Vo=0.5V。利用Ton'Toff刊，可得ToN=3.73卩S,将此值回代式，可得L=17.5卩H3、占空比计算根据：D诗由上得：Ton'Toff=1fs,可得Ton=3.73卩S,贝UD=0.373二、BUCK

4、变换器PID控制的参数设计PID控制是根据偏差的比例P）、积分I）、微分D）进行控制，是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。通过调整比例、积分和微分三项参数，使得大多数工业控制系统获得良好的闭环控制性能。PID控制的本质是一个二阶线性控制器，其优点：1、技术纯熟；2、易被人们熟悉和掌握；3、不需要建立数学模型；4、控制效果好；5、消除系统稳定误差。3.1主电路传递函数分析vd(1)15(17.510Gvd-5S)3.510AS5.2510_8S2原始回路增益函数Go为:V|N1sCRCG°s)=Gm(s)?H(s)?Gvd(s)1ss2LCR带入数据得：115(17.510S)Go

5、二0.31.513.510岀S5.2510岀S23.2补偿环节的设计3+0.225x10°13.510岀S5.2510AS2补偿器的传递函数为:Gc(s)二(1SR2CJ1s(R1R3)C3sR1(CC2)(1R2C1C2sCA)(1SIS)有源超前-滞后补偿网络有两个零点、三个极点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=2123.14HZP3零点为：100250KH

6、Z(10)丄=521.2HZ包=2二RO'1一./三=694.9HZ2沢(R+R3Ca2RC3(11)1极点为：fp为原点,fp3二R2CQ2C1C2(12)频率fz1与fz2之间的增益可近似为：AV1二R1在频率fp2与fp3之间的增益则可近似为：AV2二吋睫:旦2R1十R3R3考虑达到抑制输出开关纹波的目的，增益交接频率取fg二史=100二20KHZ55(fs为开关频率)开环传函Gos的极点频率为：f11fpi，p2=694.96HZ(13)2二一LC23.14”17300010J2将Gcs两个零点的频率设计为开环传函Gos两个相近极点频率的fz仁fz2=1fp1,p2=扌x694

7、.96=347.48。(14)将补偿网络Ges两个极点设为fp2二fp3二fs=100KHZ以减小输出的高频开关纹波。AV1=we(j2兀fg|)=&R1fp2R2AV2Ge(j2兀fg|)=fgR3根据已知条件使用MATLAB?序算得校正器Ge(s)各元件的值如下:取R2=10000欧姆H(S)=3/10算得：R1=1.964e+004欧姆R3=6.8214欧姆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补偿器伯德图为101io23sfrioio*10ioFrequency(racVsec)ioBiosIO'9图4-1-1超前滞后校正器的伯德图加入补偿器后BodeDiagrannrad/sec)Frequency(radfeec)Gm=InfdB(atInfradfeec)riPm=172deg(al2.56&+005图4-1-

9、2加入补偿器后系统的伯德图相角裕度和幅值裕度为：BodeDiagramGm=InfdB(atInfradfeec),Pm=172deg(at2,56e+005rad/sec:图4-1-3加入补偿器后系统的相角裕度和幅值裕度相角裕度到达172度，符合设计要求。（所用MATLAB?序见附录）四、BUCK变换器系统的仿真4.1仿真参数及过程描述仿真参数:Go=3+0.225"0，S1+3.5江10AS+5.25汉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仿真模型图及仿真结果PulseDCVoltageS?ur?0ClackIDWortepac?2+S?op口一JL0；ILBStiiisRLCBrjnohCutriMUejsuNrrentSeries:RLCBrainchl口*-bVoltageMeasurementToWatec'JKl图4-2-1主电路仿真图leoffset:DX10图4-2-2仿真波形ClMk巾融卿】沁MultiE-CM'dhceSwx*乩叶；FL:BindIxlturdtird5eAieiRl乂刚貞KT户0廨费贰彳23eOI7A2.?5rf1DSADa

11、KmTq询|Fm4-2-3加PID控制的仿真电路1E五、总结本设计论文完成了设计的基本要求详尽的阐述了设计依据，工作原理叙述，BUCI电路的设计，PID控制设计，传递函数参数计算，电路仿真。在进行本设计论文撰写时，我能够积极的查阅资料，和别人讨论，积极的采纳别人的意见。对电路的工作原理、参数的基数过程，所用器件的选择都进行了深入的阐述。我能够认真撰写论文，对论文进行进一步的修改。深入研究课题所涉及的内容，希望此设计能够对达到其预期的效果。由于时间和自身水平的限制，我所做的设计还有很多的不足之处。但通过这段时间以来的实践，我也掌握了很多的经验和教训。通过这次的课程设计，我了解到怎样把自己在书本上

12、学习到的知识应用到实际的工作之中，也学到很多待人处事的道理，想这在我以后的工作和学习中将是我的宝贵财富。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/(