buck變換器雙閉環控制仿真研究畢業論文(存儲版)

　　

【正文】 UCTIONInsuring stability of a proposed power supply solution is often one of the more challenging aspects of the design process. Nothing is more disconcerting than to have your lovingly crafted breadboard break into wild oscillations just as its being demonstrated to the boss or customer, but insuring against this unfortunate event takes some analysis which many designers view as formidable. Paths taken by design engineers often emphasize either cutandtry empirical testing in the laboratory or puter simulations looking for numerical solutions based on plex mathematical models. While both of these approach a basic understanding of feedback theory will usually allow the definition of an acceptable pensation network with a minimum of putational effort.II. STABILITY DEFINED Fig. 1 gives a quick illustration of at least one definition of stability. In its simplest terms, a system is stable if, when subjected to a perturbation from some source, its response to that perturbation eventually dies out. Note that in any practical 1 system, instability cannot result in a pletely unbounded response as the system will either reach a saturation level – or fail. Oscillation in a switching regulator can, at most, vary the duty cycle between zero and 100% and while that may not prevent failure, it wills ultimate limit the response of an unstable system.Fig. 1. Definition of stability Another way of visualizing stability is shown in Fig. 2. While this graphically illustrates the concept of system stability, it also points out that we must make a further distinction between largesignal and smallsignal stability. While smallsignal stability is an important and necessary criterion, a system could satisfy thisrt quirement and yet still bee unstable with a largesignal perturbation. It is important that designers remember that all the gain and phase calculations we might perform are only to insure smallsignal stability. These calculations are based upon – and only applicable to – linear systems, and a switching regulator is – by definition – a nonlinear system. We solve this conundrum by performing our analysis using smallsignal perturbations around a largesignal operating point, a distinction which will be further clarified in our design procedure discussion。于是，對反饋原理最基本的理解將幫助我們去定義接受性補償網系統的最小值計算范圍。重要的是，電路設計師們需要記得，所有我們可能執行的幅相裕度整定計算僅僅只是確保了小信號的穩定性。回流電路的頻率響應越多，不穩定的危險性就越大。在實際中，反饋控制電路，如圖4的模型所示，如此設計是為了使G ：H和GH=1的振動頻率能越大范圍越好并且不會產生任何不穩定性。該過濾器的占空比平均輸入電壓的調制建立輸出直流電壓比輸入值低。 也有幾種形式的PWM控制降壓穩壓器，包括 ?固定頻率和開關變量 ?修正開的變量和變量頻率關變量 ?可變開和變量頻率固定關變量 ?遲滯與開、關頻率變量， 所有的變量和fS這些形式各有各的一套優勢和局限性，并已全部成功使用，但因為所有的開關模式監管機構產生的開關頻率組件及其相關諧波以及如預期的直流輸出，電磁干擾和噪聲問題作出迄今為止最固定頻率操作受歡迎。在小信號某種意義上說，它已經是不穩定的，并且在一數學意義上，它更快速的反應，是由于比前饋反饋。每個開關周期開始從同一狀態（零電感電流），從而有效地該系統減少了一個順序，使小信號性能穩定，更容易實現。控制電路通常有一個增長板塊——錯誤發大器——和寬脈沖波調幅器所組成，用來定義電壓轉換。圖3 反饋控制流圖如果沒有反饋電，基準電壓到輸出功率的轉換函數y/u就跟G是一樣的，我們可以這樣表達輸出功率：另外反饋電流（實際上是反饋信號的減法）：之后r基準電壓與輸出功率的轉換函數：如果我們假設GH=1，那么整體的轉換函數就是：這個函數不僅使得G現在成為獨立，它還使所有的電路參數都變得獨立，這這可能會影響G（供給功率、溫度、元件公差，等等）并且被只被回流電路H（并且，理所當然的，被基準電壓作用）所代替來決定它。在一個反饋操作電路中，負反饋回流電是用來減少在可接受的標準內這種錯誤——就如我們希望能從一開始付出努力，一直堅持到最后能成功一樣。盡管該圖形象地展示了電路穩定性的觀點，但與此同時，也指出了我們必須將大信號的穩定性與小信號的穩定性嚴格區分開來。電路設計師常常強調，在實驗室里要注重切換實驗的實用價值，或者是以復雜的數學模式為電腦集成系統所需要的數據處理。參考文獻[1] 劉樹林. 輸出本質安全型BuckBoost DCDC變換器的分析與設計，中國電機工程學報， 2008，28(3): 6065.[2] 馬麗梅. Buckboost DCDC變換器的控制，河北工業大學學報，2008，37(4) :101105.[3] 劉樹林. BuckBoost變換器的能量傳輸模式及輸出紋波電壓分析，電子學報，2007， 20(5) :838843.[4] 彭力. 新型大功率升降壓型DCDC變換器控制研究,船電技術，1999，3(1) :2628.[5] 鐘久明PID控制方法也有很多不足之處，而且PID參數的選取過程中花費了大量的時間，還有其它更好的選取方法值得我去借鑒，這將在以后的學習過程中去實施。當僅調節比例調節器參數，控制精度還達不到設計要求時，則需加入積分環節。 本文采用湊試法確定PID調節參數 ，湊試法是通過模擬（或閉環）運行觀察系統的響應（例如，階躍響應）曲線，然后根據各調節參數對系統響應的大致影響，反復湊試參數，以達到滿意的響應，從而確定PID的調節參數。PI控制器的傳遞函數為： （53） 由系統穩定準則知系統穩定時的穿越頻率取值范圍為4000～5000Hz，取開關頻率為4800Hz，根據系統的開環伯德圖，其對應的賦值為16dB 。本文將從PI和PID兩種控制方法研究解決這個問題。 den=[,1]。 系統總的開環傳函第五章 Buck變換器閉環系統的仿真 開環Buck電路的建模及仿真 （1）在Simulink中搭建Buck電路的仿真模型，使用開關器件是MOSFET。iL*+GvUo*iLUoG’i(S)(1/SC)//Rc 電壓環控制框圖 設計電壓環時，我們也希望將其開環特性設計成如下曲線。iL*+GvUo*+iL1/RUoKPWMGi(1/SC)//Rc+1/SL+ 系統總控制框圖 圖中Gv、Gi網絡傳函需根據各環傳函的特性設計相應的零極點以及增益值，使系統傳函達到我們的目標函數。即： （312）由Cf≥Cf(max)得，取Cf=10uF。輸出濾波電感電流有效值的最大值，取電流密度為，用線徑為的漆包線，則需要其根數為： （36）取根。所以，以最小輸出電流Iomin作為電感臨界連續電流來設計電感，即。此時： （23）電感中的電流線性下降，式23可寫成： （24）式中Toff為開關管Q的關斷時間。驅動信號Ub周期地控制功率晶體管Q的導通與截止，當晶體管導通時，若忽略其飽和壓降，輸出電壓Uo等于輸入電壓；當晶體管截止時，若忽略晶體管的漏電流，輸出電壓為0。首先闡述了課題研究的背景和意義，然后總結了當前技術發展現狀，最后簡要交代了本論文的內容和結構安排。文獻[9]、[10]分別提出了PI自適應串級控制和自適應PID串級控制，并很好地應用于DC/ DC升壓變換器中。魯棒控制魯棒控制是處理外加擾動和不確定性模型的有力工具，基于DC/ DC變換器的線性化小信號建模。于是，進一步的研究在于對系統建立精確的數學模型和采用先進的控制算法。對于非隔離的DC/DC開關電源，按照電路功能劃分，有降壓式（BUCK）、升壓式（BOOST），還有升降壓式（BUCKBOOST）等。但由于調整管靜態損耗大，需要安裝一個很大的散熱器給它散熱。這種傳統穩壓技術比較成熟，并且已有大量集成化的線性穩壓電源模塊，具有穩定性能好、輸出紋波電壓小、可靠性高等優點。20世紀90年代，開關電源在電子、電氣設備、家電領域得到了廣泛的應用，開關電源技術進入快速發展時期。傳統的控制方法都是基于線性系統理論，很難實現較好的動態性能。但這種控制方案的缺點是忽略了輸入電壓擾動，若輸入電壓擾動不為零，將會影響系統的性能甚至導致系統不穩定[7]。自適應控制20世紀50年代初提出的自適應控制方法是根據響應系統與目標系統對應變量的偏差和控制參數的偏差來調整響應系統的參數變化，最終使響應系統與目標系統同步。 論文結構和主要內容 第一章為緒論部分。第二章 Buck變換器基本原理 Buck變換器工作原理