题目BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真

题目:BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真

目录

一、课题简介 ................................................................................................................................... 2 二、BUCK变换器主电路参数设计 ............................................................................................... 2

2.1设计及内容及要求 ............................................................................................................. 2 2.2主电路设计 ......................................................................................................................... 2

1、滤波电容的设计 ......................................................................................................... 3 2、滤波电感设计 ............................................................................................................. 3 3、占空比计算 ................................................................................................................. 3

三、BUCK变换器PID控制的参数设计 ...................................................................................... 3

3.1主电路传递函数分析 ......................................................................................................... 4 四、BUCK变换器系统的仿真 ....................................................................................................... 7

4.1仿真参数及过程描述 ......................................................................................................... 7 4.2仿真模型图及仿真结果 ..................................................................................................... 8 五、总结......................................................................................................................................... 10 六、参考文献 ................................................................................................................................. 10 七、附录......................................................................................................................................... 10

一、课题简介

BUCK电路是一种降压斩波器,降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输出电压UD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PWM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BUCK电路闭环PID控制系统。

二、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):15V 2、 输出电压(VO):5V 3、 输出电流(IN):10A

4、 输出电压纹波峰-峰值 Vpp≤50mV 5、 锯齿波幅值Um=1.5V 6、开关频率(fs):100kHz 7、采样网络传函H(s)=0.3

8、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V,电感中的电阻压降VL=0.1V,开关管导通压降 VON=0.5V,滤波电容C与电解电容

75???FRC的乘积为

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:

图2-1 主电路图

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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ESR有关,

VrrVrrRC???iL0.2IN (1)

电解电容生产厂商很少给出ESR,但C与RC的乘积趋于常数,约为50~80μ*ΩF[3]。在本课题中取为75μΩ*F,由式(1)可得RC=25mΩ,C=3000μF。

2、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:

VIN?VO?VL?VON?L?iL/TON(2)

VO?VL?VD?L?iL/TOFF (3) Toff?Ton?1/fs由上得:

(4)

L?TonVin?Vo?VL?VD?iL (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VON=0.5V。利用TON?TOFF?1fS,可得TON=3.73μS,将此值回代式(5),可得L=17.5μH

3、占空比计算

根据:D?Ton (6) T由上得:TON?TOFF?1fS,可得TON=3.73μS,则D=0.373

三、BUCK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

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