buck电路PID和FUZZY闭环控制
Buck变换器的数字模糊PID控制
首先可由DC/DC变换器静态模型，依据上述线性PID参数整定法，得到较优的Kp，Ki和Kd静态PID参数值。模糊控制器依据偏差对应每一量化等级，都可得到相对应范围内较优的Kp′，Ki′和Kd′瞬时值。
一般来说Kp′在偏差e绝对值较小时取较小值，反之取较大值，这样有利于加快响应速度，同时保证有很好的稳定性；Ki′在偏差e绝对值较小时取较大值，反之取较小值，这样既有利于保证稳态无静差，又不会引起积分饱和而使超调增大、调节时间延长；微分系数Kd′在偏差e的绝对值较小时取较大值，反之取较小值，这样有利于加快对小偏差的反应速度，提高控制器对干扰的灵敏度，在出现干扰时可及时调节。
Buck变换器的数字模糊PID控制
1引言
在DC/DCDC/DC变换器变换器中，电压反馈控制反馈控制因具有设计分析较简单、低阻抗功率输出、负载调整率较好等优点,而被广泛应用于DC/DC变换器中。其缺点是任何输入电压输入电压或输出负载的变化必须首先转化为输出电压的变化，然后再经反馈环采样控制调节，这意味着动态反应速度慢。输入电压变化带来的问题，一般可采用电压前馈技术解决。而要获得系统的快速性，主要有以下方案可供选择： 1）引入电流负反馈；
BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真讲课稿
1.设计要求（1）输入电压范围为50-98V ，输出电压为100V ，额定负载下输入电流20A ；（2）纹波（峰峰值）不超过1%； （3）在75V 输入条件下效率大于96%。
2.boost 电路拓扑和各参数值电感参数计算：选定输入电压为75V 来计算各参数，此时稳态占空比为0.25，输出电压为100V ，开关频率为100KHz 。
为保持输出电流连续，设电容电流增量为I oc ，应有I oc <I om ax ，其中2)1(2D D LTU I ooc -= 2)1(202L D D TU o-⨯≥代入可求得电感值为H L μ52.375.025.02021001025=⨯⨯⨯≥-。
在仿真中，为了保证电感电流续流，我们取H L μ20=。
电容参数计算：电容的选择主要是考虑纹波小于1%，即1V ，根据boost 电路的纹波计算公式：RCDTU o o =∆U可以推出H R U DT U C o o μ50105.01025.01005=⨯⨯⨯=∆=-在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C 取H 500μ。
3.PID 控制器的boost 电路仿真用PID 控制器控制的闭环boost 电路的原理图如图3.1所示图3.1 PID 控制的闭环boost 电路原理图经过小信号建模可得开环传递函数为2'22'')/()1()(Ds R L LCs R D sLU D s G o vd ++-= 代入数据可得11056.31078.1s 1074.434.13375.0)10/1020(105001020)1075.010201(10075.0)(62842626626+⨯+⨯⨯-=+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=-------s s s s s s G vd在matlab 中输入下面的程序作出bode 图3.2 num=[-4.74e-4 133.34]; den=[1.78e-8 3.56e-6 1]; margin(num,den);图3.2 开环系统bode 图由图可知，系统的幅值裕度为dB GM o 5.42-=，相位裕度为4.170-=γ，剪切频率为s rad /109.84c0⨯=ω。
BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真
精心整理1.设计要求（1）输入电压范围为50-98V，输出电压为100V，额定负载下输入电流20A；（2）纹波（峰峰值）不超过1%；（3）在75V输入条件下效率大于96%。
2.，输电路的在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C取H500μ。
3.PID控制器的boost电路仿真用PID控制器控制的闭环boost电路的原理图如图3.1所示图控制的在o 0s rad /109.84c0⨯=ω。
下面进行超前PD 校正，使前向通道传递函数满足 45>γ。
超前PD 校正装置传递函数是超前PD 校正装置增加的相角为 则有设定超前PD 校正后的剪切频率为1/5的开关频率，即剪切频率为20kHz ，再由公式 得s rad c /1026.15'⨯=ω。
令超前s rad c /1026.1⨯=，在图3.3中找出在频率51026.1⨯处的幅值，由于在图中1.26不好选定，就选出一个大致的1.17来参考，可以看出在'c ω不加k 校正后系统的幅值大概为dB L c 4.9)('=ω，加上k 后应该有可以算出k 为0.339。
所以超前PD 校正装置为在matlab 中运行下面程序看经过超前校正后的bode 图3.4： num=conv([1.529e-50.339],[-4.74e-4133.34]); den=conv([1.396e-61],[1.78e-83.56e-61]);加PI PI 特性，因此PI 校正主要对系统低频起作用，根据经验可知11.0c ωω≤，这里取s rad /1000=ω。
得到PI 环节为最后根据实际仿真波形对PD,PI 各环节参数进行微调，最后确定 4.系统仿真Matlab系统仿真图如图4.1所示图4.1matlab系统仿真图在50V输入条件下，对系统进行仿真，得到仿真图4.2图4.2（a）50V输入电压下系统的输出图输入在75V图75V输在98V图4.4（b）98V输入电压下输出的纹波上面这几个图能看出，输入电压变化时，波形很稳定，三个波形都差不多，超调大概在10%左右，稍微有点大，纹波比较小，在0.1V以内。
buck电路闭环控制设计
buck电路闭环控制设计
Buck电路闭环控制设计
一、Buck电路概述
Buck电路是电力电子器件中常用的一种可以将和原始电压改变大小的方案，广泛应用于电池的充电、稳压电源，消费电子器件和dc/dc转换等领域。
Buck电路主要由开关管、滤波电容、负载、调整元件、传感元件等组成，实现的过程是开关管按照输出电压的需求在吸收和放电电容或负载的过程中，从而从电源端获取能量并将其输送给负载进行稳定的能量转换。
二、设计
Buck电路闭环控制是一种使用控制器对Buck电路实现电压闭环控制的技术。
首先，Buck电路闭环控制设计过程中可以采用不同的电压控制方式，如恒定输出电压、恒定频率和双极性调节等。
其次，在Buck电路闭环控制设计中，需要考虑的参数有控制器电压输入电压，控制器电流输入电压，开关管电流输出电压，负载电流输出电压，滤波电容，传感器和控制器参数等。
最后，在设计中，可以采用多种电路和参数，如二极管，FET，MOSFET，IGBT，和智能控制器等，以及作为输入的检测校准元件。
此外，设计过程中还需要考虑电路谐振的干扰，可根据电路中的核心元件参数以及电感和电容参数等来确定其频率范围，并给出修正措施，如选用高频滤波器和低频滤波器，以实现有效的降噪和抗干扰能力。
总之，在Buck电路闭环控制设计中，需要考虑的参数较多，在实际设计中，需要仔细计算各参数的关系，并结合多种元件来确定最优的调节方式，以达到最佳的控制效果。
BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真设计
1.设计要求（1）输入电压围为50-98V ，输出电压为100V ，额定负载下输入电流20A ；（2）纹波（峰峰值）不超过1%；（3）在75V 输入条件下效率大于96%。
2.boost 电路拓扑和各参数值电感参数计算：选定输入电压为75V 来计算各参数，此时稳态占空比为0.25，输出电压为100V ，开关频率为100KHz 。
为保持输出电流连续，设电容电流增量为I oc ，应有I oc <I om ax ，其中2)1(2D D L TU I o oc -= 2)1(202L D D TU o -⨯≥ 代入可求得电感值为H L μ52.375.025.02021001025=⨯⨯⨯≥-。
在仿真中，为了保证电感电流续流，我们取H L μ20=。
电容参数计算：电容的选择主要是考虑纹波小于1%，即1V ，根据boost 电路的纹波计算公式：RCDT U o o =∆U可以推出H RU DT U C o o μ50105.01025.01005=⨯⨯⨯=∆=- 在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C 取H 500μ。
3.PID 控制器的boost 电路仿真用PID 控制器控制的闭环boost 电路的原理图如图3.1所示图3.1 PID 控制的闭环boost 电路原理图经过小信号建模可得开环传递函数为2'22'')/()1()(D s R L LCs R D sL U D s G o vd ++-= 代入数据可得11056.31078.1s 1074.434.13375.0)10/1020(105001020)1075.010201(10075.0)(62842626626+⨯+⨯⨯-=+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=-------s s s s s s G vd在matlab 中输入下面的程序作出bode 图3.2num=[-4.74e-4 133.34];den=[1.78e-8 3.56e-6 1];margin(num,den);图3.2 开环系统bode 图 由图可知，系统的幅值裕度为dB GM o 5.42-=，相位裕度为 4.170-=γ，剪切频率为s rad /109.84c0⨯=ω。
buck电路PID和FUZZY闭环控制
buck 电路PID 和FUZZY闭环控制设计报告专业：电气工程学号：15S053144 ：佳云目录第一章绪论 (1)第二章 BUCK 电路的设计与仿真 (2)2.1设计指标 (2)第三章 BUCK电路的 PID 设计与仿真 (2)3.1设计框图 (2)3.2BUCK 开环主电路拓扑参数计算. (3)3.3BUCK 电路PID闭环控制的设计. (6)第四章 BUCK 电路的 FUZZY设计与仿真 (17)4.1 设计框图 (17)4.2 设计过程 (17)第五章总结 (25)参考文献 (26)第一章绪论BUCK电路是一种降压斩波器，主要通过调节占空比的大小控制输出电压的大小，是一种简单常用的拓扑结构，应用围广。
本文采用PID 控制和模糊控制两种方法控制BUCK电路，使其达到一定的标准。
PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70 多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID 控制，实际中也有PI 和PD控制。
PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项” 。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分项能预测误差变化的趋势，具有抑制误差的作用，可以避免被控量的严重超调。
本文利用这个原理通过给系统添加补偿函数实现对系统的控制。
模糊控制是采用由模糊数学语言描述的控制律（控制规则）来操纵系统工作的控制方式。
按照模糊控制律组成的控制装置称为模糊控制器。
buck电路PID和FUZZY闭环控制
buck电路PID和FUZZY闭环控制设计报告专业：电气工程学号：15S053144姓名：张佳云目录第一章绪论.................................................................................. 错误!未定义书签。
第二章BUCK电路的设计与仿真............................................. 错误!未定义书签。
设计指标.............................................................................................. 错误!未定义书签。
第三章BUCK电路的PID设计与仿真 .................................. 错误!未定义书签。
设计框图............................................................................................ 错误!未定义书签。
BUCK开环主电路拓扑参数计算 ................................................ 错误!未定义书签。
BUCK电路PID闭环控制的设计 ................................................. 错误!未定义书签。
第四章BUCK电路的FUZZY设计与仿真 ............................ 错误!未定义书签。
设计框图.............................................................................................. 错误!未定义书签。
buck的pid-fuzzy控制matlab仿真
利用PID和FUZZY控制BUCK电路在MATLAB中的仿真一、仿真目的：1、学习使用MATLAB，并在MATLAB中建立电力电子仿真电路模型2、仿真BUCK的PID控制，调整参数，更深入理解PID控制3、仿真BUCK的FUZZY控制，并对FUZZY的工作原理和方式更好理解二、仿真内容：一个输入是12v，输出是5v，满载电阻为10 的BUCK电路，分别用PID 和FUZZY的控制方式来实现，并且要求其PID控制时纹波电压应为±25mv，要求满载与半载切换时超调电压要小于70mv。
三、仿真步骤及结果：1、PID控制BUCK的仿真（1）在simulink中搭建好BUCK电路的仿真模型，使用开关器件是MOSFET，其开关频率用20khz，电感电容分别由公式计算得到，电路临界电感为3.4e-4，临界电容为2.08e-4，如图1所示。
（2）先在MATLAB中对该电路进行仿真，不断调整电感和电容的参数，使输出电压大小在5v附近。
图1 BUCK电路在MA TLAB中模型（3）然后，在MATLAB中利用PID模块搭建反馈环节，建立PID的控制模块。
加了PID控制模块的电路如图2所示。
图2 PID控制的BUCK电路模型其中，PID模块选取了MATLAB中一个给出的模块，没有自己再搭建，工作过程是这样的：首先测量电路输出电压，然后和给定电压比较，得出差值信号，送给PID模块，通过PID调节输出的值再与三角波进行逻辑比较，输出的信号给MOSFET的门极，控制MOSFET的通断，实现对BUCK电路的控制。
其中，换载切换是通过接入和断开并联的电阻来实现的。
（4）电路一开始的输出电压是很不理想的，需要对PID的参数作调整，即调节Kp、Ki 、Kd以使输出达到题目要求的指标。
在调整的过程中，我首先调的是Kp，一开始按10的倍数变，然后找到一个相对好一点的范围在按3的倍数变，同理，最后调到了0.1的倍数，用这种方式先找出一个比较好的Ki的较小范围，然后在这个范围里，再调节Kd，调节Kd 的方法我用的和调Kp的一样，最后调的Ki。
PID和Fuzzy两种方法控制升压电路
PID 和Fuzzy 两张方法控制boost 电路升压一、仿真指标1、输入电压V in =20~95V ；2、输出电压V o =100V ；3、效率η≥95%；4、由半载切满载（或由满载切半载）的负载调整率小于5%；5、由空载切满载（或由满载切空载）的电压调整率小于1%；二、开环电路设计（一）开环电路，选择boost 主电路（二）器件参数选择1．电感，电容值参数选择电感电流变化值为Lf D D V i L )1(0-=∆ 且LfD D V I oc 2)1(20-=所以2203(1)1001/3(2/3) 4.12221810010OC V D D L H I f μ-⨯⨯≥==⨯⨯⨯（按D 取13时公式取得最大值） 由公式01I D Q V V C fC ∆∆==< 得出060I DC F fμ>= 此处取电感值10H μ，电容值取1000F μ。
2． 开关频率取100kHz ，MOSFET 开关管电阻尽可能的小，设为0.000001Ω，Diode 电阻值取为0.005Ω，电阻值经计算取5.556Ω。
（三）开环输出电压仿真波形及分析75V输入，占空比为25%时电压输出波形输入95V，占空比为5%时输出电压波形输入20V，占空比为80%时输出电压波形结论：由以上图像可以看出，各参数值基本满足要求，但是误差较大，有待PID 和fuzzy进一步调节，满足指标要求。
三、PID控制电路设计（一）PID控制的boost电路拓扑（二）系统框图0U（三）PID 控制器的模型1．开环传递函数及bode 图分析（1）Boost 电路控制输入到输出的传递函数：2211/(1(/))()(1)(1/)1/in d RAMPV L C s L R G s V D s s RC L C⨯-=⨯⨯-++ 2/(1)L D =-L 其中： 三角波幅值RAMP V 取1；R ：负载电阻阻值；C ：输出滤波电容的值；D ：输入75V 时的开关占空比，此时为25%；ref V+ —()pid G s()d G sK10,1000, 5.556,0.25L H C F R D μμ===Ω=其中：代入公式中得：94277.510 2.410()180 5.62410d ss s s ⨯-⨯=++⨯G （2）未矫正系统bode 图如图所示：从图中可以看出在剪切频率41.4110Hz ⨯处，相角裕度为15.7-，令校正后剪切频率为10c w kHz =，从图中可以看出需要调节的幅值为5.8dB,此处采用PD+PI 调节环节。
Buck变换器的闭环回路设计之PID调节教程
Buck 变换器的闭环回路设计之PID 调节已知20,5,1~10,100in o s V V V V R f kHz ===W W =,根据这些参数设计一个ccm 模式下的闭环buck 变换器，使其纹波电压不超过输出电压的0.5%。
1.确定电容电感大小根据张占松《开关电源原理与设计》上的公式计算所需电感和电容的大小。
L搭图1 buck 开环仿真电路图设置pwm_switch 的开关频率为100kHz ，占空比D=0.25.最终得到电感电流和输出电压波形如下图所示。
图3 开环buck 输出电压波形图由图3知，当电路稳定时，输出电感电流的平均值为0.4364L I A =，电感电流的峰峰值0.7861PK I =。
显然有12PK L I I <，所以可知电路确实工作在ccm 模式。
将电感电流的波形图进行局部放大，可以发现 buck 确实工作在ccm 模式。
纹波电压为0.01V，在要求的范围内。
所以，对于仿真来说，所选取的电容和电感的大小是合理的。
图5 buck开环传递函数粗略幅频特性曲线利用在matlab 下运行如下脚本：Vin=20;l=50e-6;c=500e-6;r=1;rc=0.01;rl=0.25; omeg0=1/(l*c)^0.5; omegz=1/rc/c; omegzl=rl/l; Q=r/(l/c)^0.5;G1=tf(Vin*[1/omegz 1],[1/omeg0^2 1/Q/omeg0 1]); margin(G1);了。
常用的补偿方式有比例补偿，PI 补偿，PD 补偿，PID 补偿等等。
我们只要选取一种补偿方式使其相位裕度大于等于45°，幅值裕度大于7db 就可以了。
我们选取补偿后的穿越频率211010c s f f kHz ==，对应的角频率为4222 6.2810/c c f rad s w p ==´，利用matlab 的点捕捉功能，在图上捕捉出角频率为2c w 的点，如下图所示。
buck电路闭环pi控制matlab图,BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真
buck电路闭环pi控制matlab图,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U i 。
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)：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
8、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
F *Ωμ75。
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U i。
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 ≤50mV5、 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F*Ωμ751、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，rr rrC L N0.2V V R i I ==∆（1）电解电容生产厂商很少给出ESR ，但C 与R C 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R C =25m Ω，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：IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=∆（2）O L D L OFF /V V V L i T ++=∆ （3） off 1/on s T T f += (4)由上得：Lin o L DonV V V V L T i ---=∆ (5)假设二极管的通态压降V D =0.5V ，电感中的电阻压降V L =0.1V ，开关管导通压降V ON =0.5V 。
BUCK电路PID控制器设计及仿真
BUCK 电路PID 控制器设计及仿真本文在BUCK 电路传递函数的基础上对BUCK 电路的开环特性进行了分析，并利用MATLAB 的SISOTOOL 工具箱设计了PID 控制器，然后用以运放为核心搭建了PID 控制器硬件电路，最后在PSIM 上对BUCK 电路进行闭环仿真。
1. 设计指标输入直流电压(Vin)：28V 输出电压(Vo)：15V 基准电压(Vref)：5V 开关频率(fs)：100kHz 三角载波峰峰值：Vm=4V图1为Buck 变换器主电路，元件参数如图所示：3图1 buck 变换器主电路2. PID 控制器设计2 .1原始系统分析BUCK 变换器构成的负反馈控制系统如图3.1所示：图2 BUCK 变换器闭环系统其中Gvd(s)为占空比至输出电压的传递函数， Gm(s)为PWM 脉宽调制器的传递函数， H(s)表示反馈分压网络的传递函数，Gc(s)是误差信号E(s)至控制量Vc(s)的传递函数，为补偿网络的传递函数。
本系统中，PWM 调制器的传递函数为：ˆ1ˆ4m c m d(s)1G (s)== =v (s)V （1）式中，Vm 为PWM 调制器中锯齿波的幅值。
反馈分压网络的传递函数为：Hs=VrefVo=515=13（2）占空比至输出电压的传递函数为：Gvds=VoD11+sLR+s2LC（3）其中Vo=15V ，D=VVin=1528=0.536，L=50μH ，R=3Ω，C=500μF 。
将参数代入式（3）可得，Gvds=282.533×10-8s2+1.675×10-5s+1 （4） 对于BUCK 变换器系统，其回路增益函数G(s)H(s)为 GsHs=GcsGmsGvdsHs=GcsGos （5） 式中，Gos=GmsGvdsHs（6）为未加补偿网络Gcs 时的回路增益函数，称为原始回路增益函数，将式子（1）、（2）、（4）可得本系统中原始回路增益函数Gos=283.04×10-7s2+ 0.000201s+1 （7）根据式（7）可做出系统原始回路增益函数波特图如图3所示：图3 原始回路增益函数波特图从图3中可以看出穿越频率为fc=1.82kHz ，相位裕度为ψm=4.72deg ，从表面上看，系统是稳定的，但是如果系统中的参数发生变化，系统可能会变得不稳定；另外穿越频率太低，系统的响应速度很慢。
buck电路双闭环控制pi参数设计
buck电路双闭环控制pi参数设计下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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BUCK电路的fuzzy控制
基于fuzzy控制的BUCK电路设计专业：电气工程姓名：王磊学号:11S052077一. 实验目的了解BUCK 电路的原理，以及对BUCK 电路进行设计，用FUZZY 进行控制，并用MATLAB 进行仿真。
二. 实验要求(1). Ui =24V (±20%)，Uo = 12V ,(稳定度1%) (2). pp V ≤70mV ； (3). 输出电流0I =1A ；(4). 输出由满载到半载Vpp =150mV ；三.BUCK 电路开环参数设计由输出电压Uo = 12V ，0I =1A ，所以R=12Ω。
取开关频率10KHz 。
L,C 值由以下公式求出:()012i U TD D I L-≤---------------(1) 20(1)28pp V D T U LC-≤--------------(2)其中0I =1A ，0U =12V ，取开关频率s f =10kHz ，1sT f =。
取pp V =50mV ，D=0.5。
由(1)求出：L 4310-≥⨯H ，留有一定的裕量，取L=43.210-⨯H 。
有(2)求得：C 49.410-≥⨯F ，留有一定的裕量，取C= 41010-⨯F 。
不考虑电容寄生电阻的影响。
四. FUZZY 控制器的设计图1模糊控制器如图，采用误差E ，及误差变化DE 作为输入语言变量，输出占空比为OUT 。
模糊控制能确保系统的简单性和快速性，且可能获得良好的动态性能。
1.Universe 的选择(1) 误差E基本论域：-12V~0.025V 量化论域：-12V~12V Linguistic variables ：（NB NM NS ZE PS PM PB ） (2) 误差的变化DE基本论域：-0.05V~0.05V (取pp V =50mV)量化论域：-1V~1V Linguistic variables ：（NB NM NS ZE PS PM PB ） (3) 输出占空比OUT 基本论域：0V~1V 量化论域：0V~1V Linguistic variables ：（NB NM NS ZE PS PM PB ） (4)量化因子和比例因子 量化因子：E K 待定，DE K = 1200.05比例因子：OUT K =1/1=12.控制规则（rule base ）表1 rule base3.建立模糊推理系统（FIS）MATLAB的模糊控制工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）为模糊控制器的设计提供了简便实用的设计平台。
BUCK电路的PID控制设计及仿真
BUCK电路的PID控制设计及仿真BUCK电路的PID控制设计⼀、实验⽬的DC/DC 变换器可将不可控的直流输⼊变为可控的直流输出，⼴泛应⽤于可调直流开关电源及直流电机驱动中. Buck 变换器是DC/DC 变换器中最具代表性的拓扑结构之⼀.在⼯程实际中， Buck变换器的控制⽅式可以开环和闭环来实现。
其中闭环控制⽅式⼜可分为PI校正，PID控制，fuzzy控制等⽅式。
本⽂⾸先会建⽴Buck 变换器的模型，然后会分别进⾏开环、PI控制器校正，PID控制器校正，并在MATLAB/SIMULINK上进⾏仿真，最后对得出的结果进⾏⽐较。
⼆、设计内容及要求U)：24V（ 20%）1、输⼊电压(iU)：12V（1%稳定度）2、输出电压(oI)：1A3、额定电流(oV≤70mV4、输出电压纹波峰-峰值ppV≤150mV 6、开关5、满载与半载之间的切换时，输出电压纹波峰-峰值pp频率(f)：⽆要求，本设计设定为20kHz三、Buck 主拓扑电路3.1开环Buck 电路图图（1）开环Buck 电路3.2 参数计算与选择（1）占空⽐ 50%o i U D U == （2）滤波电感滤波电感的选择与负载电流的变化范围及希望的⼯作状态有关，假设电路要求⼯作在电感电流连续⼯作状态，则临界电感(1)2f o s oD U L I -= 根据公式代⼊计算可得：-4s (1)(10.5)*12 1.5*102f 2*20000o o U D L H I --===此时L 值为电感电流连续与否的临界值，实际电感值可选为（2～3）倍的临界电感。
这⾥L 取4*104H 。
（3）滤波电容电容的容量，会影响输出纹波电压和超调量的⼤⼩。
在开关关断时为负载供电和减⼩输出电压的纹波，滤波电容C 的选择直接关系开关稳压电源输出中纹波电压分量o U ⼤⼩。
滤波电容C2(1)8o o U D C U Lf-= 根据纹波要求代⼊计算-42-442(1)12*0.5==1.79*1088*0.07*1.5*10*(2*10)o o U D C U Lf -= F 这⾥电容C 取7.5*104F 。
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buck电路PID和FUZZY闭环控制设计报告专业：电气工程学号：15S053144姓名：张佳云目录第一章绪论 (1)第二章 BUCK电路的设计与仿真 (2)2.1 设计指标 (2)第三章 BUCK电路的PID设计与仿真 (2)3.1 设计框图 (2)3.2 BUCK开环主电路拓扑参数计算 (3)3.3 BUCK电路PID闭环控制的设计 (6)第四章 BUCK电路的FUZZY设计与仿真 (17)4.1 设计框图 (17)4.2 设计过程 (17)第五章总结 (25)参考文献 (26)第一章绪论BUCK电路是一种降压斩波器，主要通过调节占空比的大小控制输出电压的大小，是一种简单常用的拓扑结构，应用范围广。
本文采用PID控制和模糊控制两种方法控制BUCK电路，使其达到一定的标准。
PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分项能预测误差变化的趋势，具有抑制误差的作用，可以避免被控量的严重超调。
本文利用这个原理通过给系统添加补偿函数实现对系统的控制。
模糊控制是采用由模糊数学语言描述的控制律（控制规则）来操纵系统工作的控制方式。
按照模糊控制律组成的控制装置称为模糊控制器。
模糊控制的特点是不需要考虑控制对象的数学模型和复杂情况，而仅依据由操作人员经验所制订的控制规则就可构成。
凡是可用手动方式控制的系统，一般都可通过模糊控制方法设计出由计算机执行的模糊控制器。
模糊控制所依据的控制律不是精确定量的。
其模糊关系的运算法则、各模糊集的隶属度函数，以及从输出量模糊集到实际的控制量的转换方法等，都带有相当大的任意性。
对于模糊控制器的性能和稳定性，常常难以从理论上作出确定的估计，只能根据实际效果评价其优劣。
本文主要通过建立BUCK电路的小信号模型，利用PID校正装置和模糊控制器实现对BUCK的闭环控制，使其动态响应和静态响应都满足指标。
第二章BUCK电路的设计与仿真2.1 设计指标要求分别设计buck电路的PID控制器和模糊控制器，满足一下指标：(1)输入电压范围为24-36V，输出电压为5V，额定负载下输出电流10A；(2)电压纹波Vrr（峰峰值）不超过50mV；(3)电压超调量不超过5%；(4)切载超调量不超过5%；第三章BUCK电路的PID设计与仿真3.1 设计框图BUCK电路的PID闭环控制框图如下：Vo图3.1 BUCK电路的PID闭环控制框图其中，Gc(s)：补偿器的传递函数；Gm(s)：PWM的传递函数；Gvd(s)：BUCK主电路由MOSFET的输入到输出的传递函数；H(s)：电压采样反馈回路的传递函数；Gvs(s) ：BUCK主电路由输入Vin到输出V o的传递函数；Zo：负载阻抗；Vref：给定电压值；3.2 BUCK 开环主电路拓扑参数计算（1）BUCK 开环电路主拓扑图3.2 BUCK 开环电路主拓扑（2）参数计算与选择1、占空比D最小占空比为DL=536，最大占空比DH=524。
2、滤波电感L滤波电感的选择与负载电流的变化范围及希望的工作状态有关，假设电路要求工作在电感电流连续工作状态，且开关频率为fs=100kHZ ，则临界电感为 L=(1−DL )U02δIfs其中，DL 为最小占空比，U0为输出电压，δ为电感电流波动系数，一般取0.1，I 为输出电流。
代入数据得临界电感为L=21.53μH考虑一定裕量，取L=60μH 。
3、滤波电容C 及其寄生电阻Rc纹波电压，主要是由电容的寄生电Rc 和电容容量决定，而一般的电容，其C 与寄生电阻Rc 的乘积趋于常数，约为50～80μΩ.F 。
本例中取为75μΩ.F 。
又Rc=Vrr，所以Rc = 25mΩ，C=3mF。
ΔI利用MATLAB仿真对以上参数进行验证，仿真电路及其结果如下所示图3.3 BUCK开环电路主要参数验证电路图3.4 输入电压为24V时输出负载电压纹波图3.5 输入电压为30V时输出负载电压纹波图3.6 输入电压为36V时输出负载电压纹波由上图可知输出电压纹波约为20mF，则电感L、电容C的设置符合要求3.3 BUCK电路PID闭环控制的设计1、H(s)的确定：在MATLAB仿真中，以2.5V作为参考电压，R1和R2为分压电阻，所以反馈回路的传递函数为：H(s)=VrefVo=2.55=0.52、Gm(s)的确定在MATLAB仿真中，选用的三角波幅值为1V，开关频率为100kHz，系统开关角频率为W s=6.28×105rad/s则：Gm(s)=1Vm=13、Gvd(s)的确定由BUCK电路的小信号模型知BUCK主电路由MOSFET的输入到输出的传递函数为：Gvd(s)=Vin(1+SCR c)1+S(LZ0+CR c)+LCS2为了适应输入电压的变化，取输入电压Vin=30V，Z0=0.5Ω代入数据得：Gvd(s)=30+2.25×10−3S1.8×10−7S2+1.95×10−4S+1未加校正装置时的开环传递函数为G0(s)=Gm(s)Gvd(s)H(s)=15+1.125×10−3S1.8×10−7S2+1.95×10−4S+1未校正系统开环传递函数的零点为W z=1.33×104rad/s,谐振极点为W p= 2.3×103rad/s。
作开环传递函数G0(s)的bode图如下：图3.7 开环传递函数G0(s)的bode图由bode图知系统的增益裕度为无穷大，相角裕度为44.5度，截止频率W c0为1.05×104rad/s。
增益裕度满足要求，但是相角裕度偏小，开环系统存在振荡环节，电源和负载的扰动容易使系统不稳定。
4、闭环补偿器Gc(s)的设计：理想开环传递函数的频幅特性：1、低频段：它主要影响系统的稳态性能。
对于开关调节系统，理想的低频特性是直流增益无限大，以-20dB/dec的斜率下降。
符合理想条件时，系统的稳态误差等于零。
2、中频段：中频段大致是指幅频特性以-20dB/dec斜率下降并穿越0dB线的频段。
中频段的宽度与系统的动态稳定性密切相关。
越宽则相位裕量越大，穿越频率越大，系统的响应速度越快但超调量越大。
对于开关调节系统，过高的穿越频率可能导致高频开关频率及其谐波和寄生振荡引起的高频分量得不到有效地抑制，系统仍然不能稳定工作。
3、高频段：高频段距穿越频率一般较远，反映了系统对高频干扰信号的抑制能力。
高频段幅频特性衰减越快，系统的抗干扰能力越强，对于开关调节系统，理想高频特性应以-40dB/dec的斜率下降。
由于BUCK电路的输出环节是带有LC的拓扑(双极点拓扑)，输出有LC谐振，在谐振点处相位变动比较剧烈，会接近180。
，所以需要采用三个极点、两个零点的补偿装置来提升相位。
其零点、极点的设置原则：○1在原点处设置一个极点，使系统变成一阶系统，用来提升低频增益，降低稳态误差，即W p0=0；○2在谐振极点频率的12处设置两个零点，用于提升系统bode图在中频段的斜率，使系统在中频段以理想的-20dB/s的斜率通过坐标轴，同时会使系统的截止频率增加，由bode图可以看到当截止频率增加时，系统的幅值裕度增大，由系统时域与频域的联系知，系统的截止频率增加时会使系统的调节时间减小，使系统的动态响应提高，系统幅值裕度增大时会使系统的系统超调量减小。
即W z1=1.15rad/s, W z2=1.15rad/s；○3在系统原零点W z处放置一个极点用来抵消电容Rc的影响。
即W p1=1.33×104rad/s;○4为了使系统高频噪声尽快衰减，在开关频率的12处设置一个极点，用于衰减系统的高频噪声，提高系统的抗干扰能力。
即W p2=3.14×105rad/s;○5校正后系统的截止频率一般为系统开关频率的110—15，在这里取系统开关频率的1/10，即校正后系统的截止频率为：W c1=6.28×104rad/s 综合○1○2○3○4○5得闭环补偿器的传递函数Gc(s)为：Gc(s)=K(8.7×10−4S+1)(8.7×10−4S+1) S(7.5×10−5S+1)(3.184×10−6S+1)其中K为开环增益。
由系统的幅值条件知：∣G0(w c1)Gc(w c1)∣=1代入数据得K=1013，取K=1000。
于是闭环PID补偿器的传递函数Gc(s)为：Gc(s)=1000×(8.7×10−4S+1)(8.7×10−4S+1) (−5)(−6)=7.57×10−4S2+1.74S+1000 2.39×10−10S3+7.82×10−5S+S加校正装置之后整个系统的开环传递函数为：G(s)=Gc(s)G0(s)=1.14×10−2S2+26.1S+1.5×104−134−73−42Gc(s)、G0(s)、G(s)伯德图为：图3.8 Gc(s)、G0(s)、G(s)伯德图由bode图可以看到校正后的系统的bode图基本符合要求。
5、闭环系统的仿真调试和结果测试（1）闭环PID系统调试闭环PID系统初始仿真调试电路图如下：图3.9 系统初始仿真调试电路图当输入电压为30V时，在仿真过程中自动加入切载，闭环系统的仿真结果为图3.10 系统初始调试仿真结果图由图可知系统的稳态误差和抗干扰能力都满足要求，说明系统的低频段和高频段的设置是合理的，但是系统的超调量很大，所以需要改变系统的中频段的参数设置，经过多次实践与调试，把开环增益K减小为200，同时稍微增大极点W p1，使 W p1=3.33×104rad/s，进而使系统截止频率增加，从而增加系统的相角裕度，减小超调量。
经过调试与修改后的PID闭环补偿器的传递函数为Gc(s)=200×(8.7×10−4S+1)(8.7×10−4S+1) S(3×10−5S+1)(3.184×10−6S+1)=1.514×10−4S2+0.348S+200 9.552×10−11S3+3.318×10−5S+S利用MATLAB进行仿真，仿真结果为：图3.11 系统最终调试仿真结果图可以看到修改PID补偿器后，系统的超调量基本为零，调节时间为5ms左右，在t=25ms时加入切载，可以看到超调量约为2.4%，电压纹波明显小于30mv，所以设计基本满足要求。