BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真

BUCK 电路闭环 PID 控制系统的 MATLAB 仿真一、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 总是小于输入电压 Ui。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）：15V2、 输出电压(VO）：5V3、 输出电流（IN)：10A4、 输出电压纹波峰—峰值 Vpp≤50mV 5、 锯齿波幅值 Um=1。5V6、开关频率(fs):100kHz7、采样网络传函 H（s）=0.38、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 RC 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=17.5μH3、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)...