matlab pid buck,BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真.doc
本文围绕BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真展开研究。首先介绍了BUCK电路的基本原理及其降压特性和输出电压不稳定性的原因。通过加入PID控制器，实现了闭环控制，通过采样环节得到PWM调制波并与基准电压比较，实现对开关波形的控制。其次详细阐述了主电路参数设计，包括输入电压15V、输出电压5V、输出电流10A、输出电压纹波峰-峰值≤50mV、二极管通态压降0.5V、电感电阻压降0.1V、开关频率100kHz、采样网络传递函数0.3等设计要求。通过基尔霍夫电压方程计算了滤波电容和滤波电感的值，分别为3000μF和17.5μH。最后通过仿真验证了主电路设计的可行性，并对仿真结果进行了分析。研究总结了PID控制在BUCK电路中的应用价值，并提出了未来改进方向。
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题目：BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真
目录
TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc287202960" 一、课题简介 PAGEREF _Toc287202960 \h 2
HYPERLINK \l "_Toc287202961" 二、BUCK变换器主电路参数设计 PAGEREF _Toc287202961 \h 2
HYPERLINK \l "_Toc287202962" 2.1设计及内容及要求 PAGEREF _Toc287202962 \h 2
HYPERLINK \l "_Toc287202963" 2.2主电路设计 PAGEREF _Toc287202963 \h 2
HYPERLINK \l "_Toc287202964" 1、滤波电容的设计 PAGEREF _Toc287202964 \h 3
HYPERLINK \l "_Toc287202965" 2、滤波电感设计 PAGEREF _Toc287202965 \h 3
HYPERLINK \l "_Toc287202966" 3、占空比计算 PAGEREF _Toc287202966 \h 3
HYPERLINK \l "_Toc287202967" 三、BUCK变换器PID控制的参数设计 PAGEREF _Toc287202967 \h 3
3.1详细分析主电路的传递特性
HYPERLINK \l "_Toc287202969" 四、BUCK变换器系统的仿真 PAGEREF _Toc287202969 \h 7
HYPERLINK \l "_Toc287202970" 4.1仿真参数及过程描述 PAGEREF _Toc287202970 \h 7
HYPERLINK \l "_Toc287202971" 4.2仿真模型图及仿真结果 PAGEREF _Toc287202971 \h 8
HYPERLINK \l "_Toc287202972" 五、总结 PAGEREF _Toc287202972 \h 10
HYPERLINK \l "_Toc287202973" 六、参考文献 PAGEREF _Toc287202973 \h 10
HYPERLINK \l "_Toc287202974" 七、附录 PAGEREF _Toc287202974 \h 10
一、课题简介
BUCK电路属于降压斩波器的一种，降压变换器的输出电压平均值Uo通常小于输出电压UD。电感中的电流是否连续，一般情况下受开关频率、滤波电感L和电容C数值的影响。
BUCK电路输出的电压存在不稳定性，这种特性可能源于负载变化或外部环境的干扰。通过引入PID控制器，可以实现闭环控制。在控制系统中，采样环节用于生成PWM调制波，随后与基准电压进行比较。PID控制器将反馈信号与三角波进行比较，从而生成调制后的开关波形。这些波形被用作开关控制的依据，最终实现了BUCK电路的闭环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
BUCK主电路二极管的导通压降VD为0.5V，电感中的电阻压降VL为0.1V，开关管导通压降VON为0.5V，滤波电容C与电解电容RC的乘积等于
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)
通常，电解电容生产商不提供ESR参数，然而C与RC的乘积趋于一个定值，通常在50至80微欧姆乘以毫秒法拉的范围内[3]。在本研究中，我们采用75微欧姆乘以毫秒法拉的值作为C与RC乘积的基准。根据式(1)的计算，可以得出RC等于25毫秒，而C等于3000微法。
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为VD=0.5V，电感中的电阻压降为VL=0.1V，开关管导通压降为VON=0.5V。代入式(5)，计算得出电感L的值为17.5微亨。
3、