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BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真
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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
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,
(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:
(2)
(3)
(4)
由上得:
(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,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:(6)
由上得:,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
图3-1主电路
(1)
(2)
原始回路增益函数为:
(3)
带入数据得:
3.2补偿环节的设计
补偿器的传递函数为:
(5)
有源超前-滞后补偿网络有两个零点、三个极点。
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
零点为:
,(11)
极点为:为原点,,(12)
频率与之间的增益可近似为:
在频率与之间的增益则可近似为:
考虑达到抑制输出开关纹波的目的,增益交接频率取(为开关频率)
开环传函的极点频率为:
(13)
将两个零点的频率设计为开环传函两个相近极点频率的,则:。(14)
将补偿网络两个极点设为以减小输出的高频开关纹波。
根据已知条件使用MATLAB程序算得校正器Gc(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-008F
fz1=347.3046HZfz2=347.3046HZfp2=1000KHZfp3=1000KHZ
AV1=0.5091AV2=1.4660e+003
由(2)(3)式得:
G(s)=1.197e-024s^5+1.504e-017s^4+4.728e-011s^3+3.18e-008s^2+0.0009004s/4.727e-011s^3+8.365e-007s^2+0.002975s+3
补偿器伯德图为:
图4-1-1超前滞后校正器的伯德图
加入补偿器后:
图4-1-2加入补偿器后系统的伯德图
相角裕度和幅值裕度为:
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程序见附录)
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:
G(s)=1.197e-024s^5+1.504e-017s^4+4.728e-011s^3+3.18e-008s^2
+0.0009004s/4.727e-011s^3+8.365e-007s^2+0.002975s+3
4.2仿真模型图及仿真结果
图4-2-1主电路仿真图
图4-2-2仿真波形
图4-2-3加PID控制的仿真电路
图4-2-4仿真波形
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,BUCK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
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