文档介绍：EDA实验报告
---基于Simplorer的BUCK电路的PID设计
院系:自动化学院
专业:电气工程及其自动化
姓名:
学号:
指导教师:
完成时间:2011
目录
1、实验目的 2
2、实验要求 2
3、实验原理 2
BUCK电路原理 2
PID控制 3
4、系统参数设计 4
5、系统建模与仿真 4
4
5
6
实验中遇到的问题及其解决方法 6
实验感想 6
7、致谢 7
8、参考文献 7
9、附件(实验三~六仿真与分析) 7
实验3:Three-Phase Rectifer with Resister/Inductive Load 7
实验4:Hysteresis Current-Controlled DC Motor Start-Up 10
实验5:Current and Speed Controlled DC Motor 14
实验6:Using VHDL-ponents for Modeling 15
1、实验目的
对BUCK电路进行参数设计,并运用Simplorer 进行仿真。
2、实验要求
⑴ Ui=30v,Uo=10v,Io=1A,fs=10kHz
⑵稳态误差 100mV,系统超调
3、实验原理
BUCK电路原理
BUCK电路是直流斩波电路的一种,其基本功能是将直流电转化为另一固定电压或可调电压的直流电,也称为直接直流-直流变换器(DC/DC Converter)。
下图为BUCK电路的原理图:
BUCK电路原理图
在BUCK电路中,负载电压的平均值为:
Uo = ton / (ton + toff) E = ton / T = αE (其中,ton为V处于通态的时间;toff为V处于断态的时间;T为开关时间;α为导通占空比)。
由上式可知,输出负载的电压的平均值Uo最大为E,若减小占空比α,则Uo随之减少,因此将该电路称为降压斩波电路。
从电路可以看出,电感L和电容C组成低通滤波器,此滤波器设计的原则是使电源的直流分量可以通过,而抑制其谐波分量通过;电容上输出电压Uc(t)就是电源的直流分量再附加微小纹波Ur(t)。确定L、C、R参数,是电路设计关键。
通过控制BJT1的通断,来调节占空比,并能够影响R两端的输出电压。当导通时,即等效开关接在N1上,D1断开,电流通过L、R,电感电流增加,电感储能;而当开关S 置于N2位时,D1导通,L相当于电源电感,电流减小,电感释能。如果L过小,可能出现负载电流断续的情况。
等效电路模型
周期内电容充电电荷高于放电电荷时,电容电压升高,导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加,使电容电压上升速度减慢,这种过程的延续直至达到充放电平衡,此时电压维持不变;反之,如果一个周期内放电电荷高于充电电荷,将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小,使电容电压下降速度减慢,这种过程的延续直至达到充放电平衡,最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程,在电路稳态工作时,电路达到稳定平衡,电容上充放电也达到平衡。
PID控制
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID调节器是一种线性调节器,它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量,对控制对象进行控制。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。
PID控制模型
PID调节器各校正环节的作用:
1、比例环节:即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,调节器立即产生控制作用以减小偏差。
2、积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI,TI越大,积分作用越弱,反之则越强。
3、微分环节:能反应偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号的值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减小调节时间。
在设计BUCK电路时,适合用PID控制技术其精确控制。为提高控制精度和抗干扰能力,并对PID参数进行整定通。通过电压反馈实现,将实际输出电压与设定常数进行比较,得出的误差通过PID控制器进行调节后生成PWM波,最终反馈至BJT1端,控制其导通及关断,最终得到控制输出电压的效果。