BUCK閉環(huán)控制器設(shè)計(jì)

1、電力電子系統(tǒng)仿真技術(shù)作業(yè)二Buck 電路閉環(huán)控制器設(shè)計(jì)、BUCK 電路狀態(tài)平均模型： (1)當(dāng)開關(guān)管 S 導(dǎo)通，二極管 VD 關(guān)斷時(shí)，列寫狀態(tài)方程： TOC o 1-5 h z di (t )11L= 丁 v (t) + v (t)dtL o L sdv (t)11(八o = i (t) v (t)dt C l RC o矩陣形式x=Ax+Bu1，其中：11011L1B=1LoL cRCVD 導(dǎo)通時(shí)：A =11y=C1Tx(2)當(dāng) S 關(guān)斷，di (t )di (t )L dtdv (t )o dt= v (t)Lo=-i (t)- C L矩陣形式：2y=C2Tx其中：-1L1RC01-d (t

2、)_ix (t) = Afx(t) + Bu (t)=1L1(x(t) +L Ts、 TsTsTs0CRC11用積分法求平均狀態(tài)變量為：二 DU穩(wěn)態(tài)時(shí)：x 二 0 , x = -A-iBU，得：ILU (t I,=DU，Vo動(dòng)態(tài)時(shí)：X + X 二 AX + BU 二 AX + BU + 2(A - A )X + (B - B )U + dl(A - A )X + (B - B )U1 2 1 2 1 2 1 2 去除穩(wěn)態(tài)量，并忽略擾動(dòng)量得：X 二 AX + BU 二 AX + BU + d(A - A )X + (B - B )U1 2 1 2 做拉氏變換得：sx(s) = Ax(s) + B

3、u(s) + d(s)(A - A )X + (B - B )U1 2 1 2將上面的A, B帶入可以得到傳遞函數(shù)：X (s) |_u(s) u(s)_-RUss 2 L + s2 L RC + SRL RUs_ sL + s2 LRC + RX(s) | fI_d (s) d(s)_o一-RDs 2 L + s2 L RC + SRLRDsL + s2 LRC + R可以得到控制輸出傳遞函數(shù)為：Gvd(s) L_1+sR +s 2 LC、系統(tǒng)閉環(huán)控制器設(shè)計(jì)設(shè)參考電壓為5v,載波電壓幅值為10v，計(jì)算可以得到:H=1，D=0.25, VC=2.5.控制-輸出開環(huán)傳遞函數(shù):G (G (s)vdD

4、 1 + s- + s 2 LCR0 _ 2ZC0 _ 2ZC1= 225HzCQ0 二氣廠 CQ0 二氣廠 283 二 9.03dB(1)加補(bǔ)償器前，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:T (s) = Tu os / s、1 + + ( )2Q 0 0 0T 二竺二 2 u 0DVm畫出該傳遞函數(shù)的伯德圖:20-BO00-20-40-60Bede DiagramGm = 82.5 dB (at 3.67e+04 Hz), Pm =仃7 deg (at 384 Hz*(6 山p)山20-BO00-20-40-60Bede DiagramGm = 82.5 dB (at 3.67e+04 Hz), Pm =仃7

5、 deg (at 384 Hz*(6 山p)山tflevD-1B0101-9010210310410sFrequency (Hz)可以看到，交越頻率為384Hz，相角裕度為17.7.開關(guān)頻率為20kHz,設(shè)計(jì)穿越頻率 為 1kHz.補(bǔ)償前，1kHz環(huán)路增益約為-19.5dB，相角裕度為-5.設(shè)計(jì)超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)，選擇相角裕量為55. 1 + sin 55f 二(1kHz)-二 3.17kHzp1-sin 55f = (1 叫需二 0-Hz為了在1kHz補(bǔ)償環(huán)路增益約為-19.5dB，調(diào)節(jié)器的低頻增益為:(2)采用PD控制器時(shí):T(2)采用PD控制器時(shí):T(s) = G Tu 0 u 0(1+上)

6、zs s s、(1 + )(1 + + ( )2) Qp0003.12 x 10-3 s + 6.282.51X10-11 s3 + 5.13 x 10-7 s2 + 3 x 10-4 s +1Bode DiagramGm = Inf 3 Pm = 59.3- deg (at 1.0Se+03 Hz)501501D 505D 5054 9 3 = = 1 aajp)韶更亠-1 30101 102 103 104 10s 106Frequency (Hz)可以看出，加PD補(bǔ)償器后，交越頻率為1kHz,相角裕度為59.3.閉環(huán)控制器simulink仿真:調(diào)節(jié)器：G (s) = Gcc 03zG (s) = Gcc 03z1+_!35.02 x10-5 s +1仿真模型:仿真結(jié)果：輸出電壓穩(wěn)定在仿真結(jié)果：輸出電壓穩(wěn)定在4.31V.三、誤差產(chǎn)生的原因因?yàn)閰⒖茧妷哼x取5V,得到的H(s)=l,所以系統(tǒng)為單位反饋控制 系統(tǒng)，則開環(huán)傳遞函數(shù)T(