PID控制方式的3A开关电源MATLAB
PID控制技术的MATLAB实现
实验三一． 实验目的 1． 2． 3．PID 控制技术的 MATLAB 实现熟悉并掌握 MATLAB 的工作环境。
了解 PID 控制技术的基本理论。
在 MATLAB 工作环境下，选择适当的例子，实现 PID 控制，讨论控 制效果。
二． 实验内容This tutorial will show you the characteristics of the each of proportional (P), the integral (I), and the derivative (D) controls, and how to use them to obtain a desired response. In this tutorial, we will consider the following unity feedback system:Plant: A system to be controlled Controller: Provides the excitation for the plant; Designed to control the overall system behaviorThe threethree-term controllerThe transfer function of the PID controller looks like the following:• •Kp = Proportional gain KI = Integral gain•Kd = Derivative gainFirst, let's take a look at how the PID controller works in a closed-loop system using the schematic shown above. The variable (e) represents the tracking error, the difference between the desired input value (R) and the actual output (Y). This error signal (e) will be sent to the PID controller, and the controller computes both the derivative and the integral of this error signal. The signal (u) just past the controller is now equal to the proportional gain (Kp) times the magnitude of the error plus the integral gain (Ki) times the integral of the error plus the derivative gain (Kd) times the derivative of the error.This signal (u) will be sent to the plant, and the new output (Y) will be obtained. This new output (Y) will be sent back to the sensor again to find the new error signal (e). The controller takes this new error signal and computes its derivative and its integral again. This process goes on and on.The characteristics of P, I, and D controllersA proportional controller (Kp) will have the effect of reducing the rise time and will reduce ,but never eliminate, the steady-state error. An integral control (Ki) will have the effect of eliminating the steady-state error, but it may make the transient response worse. A derivative control (Kd) will have the effect of increasing the stability of the system, reducing the overshoot, and improving the transient response. Effects of each of controllers Kp, Kd, and Ki on a closed-loop system are summarized in the table shown below. CL RESPONSE Kp Ki Kd RISE TIME Decrease Decrease OVERSHOOT OVERSHOOT SETTLING TIME Increase Small Change Increase Increase Decrease S-S ERROR Decrease Eliminate Small ChangeSmall Change DecreaseNote that these correlations may not be exactly accurate, because Kp, Ki, and Kd are dependent of each other. In fact, changing one of these variables can change the effect of the other two. For this reason, the table should only be used as a reference when you are determining the values for Ki, Kp and Kd.三． 实验步骤 选择如下示例，按步骤进行试验：Example ProblemSuppose we have a simple mass, spring, and damper problem.The modeling equation of this system is(1) Taking the Laplace transform of the modeling equation (1)The transfer function between the displacement X(s) and the input F(s) then becomesLet• • • •M = 1kg b = 10 N.s/m k = 20 N/m F(s) = 1Plug these values into the above transfer functionThe goal of this problem is to show you how each of Kp, Ki and Kd contributes to obtain• • •Fast rise time Minimum overshoot No steady-state errorOpenOpen-loop step responseLet's first view the open-loop step response. Create a new m-file and add in the following code:num=1; den=[1 10 20]; step(num,den) Running this m-file in the Matlab command window should give you the plot shown below.The DC gain of the plant transfer function is 1/20, so 0.05 is the final value of the output to an unit step input. This corresponds to the steady-state error of 0.95, quite large indeed. Furthermore, the rise time is about one second, and the settling time is about 1.5 seconds. Let'sdesign a controller that will reduce the rise time, reduce the settling time, and eliminates the steady-state error.Proportional controlFrom the table shown above, we see that the proportional controller (Kp) reduces the rise time, increases the overshoot, and reduces the steady-state error. The closed-loop transfer function of the above system with a proportional controller is:Let the proportional gain (Kp) equals 300 and change the m-file to the following:Kp=300; num=[Kp]; den=[1 10 20+Kp]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) Running this m-file in the Matlab command window should gives you the following plot.Note: The Matlab function called cloop can be used to obtain a closed-looptransfer function directly from the open-loop transfer function (insteadof obtaining closed-loop transfer function by hand). The following m-file uses the cloop command that should give you the identical plot as the one shown above. num=1; den=[1 10 20]; Kp=300; [numCL,denCL]=cloop(Kp*num,den); t=0:0.01:2; step(numCL, denCL,t)The above plot shows that the proportional controller reduced both the rise time and the steady-state error, increased the overshoot, and decreased the settling time by small amount.ProportionalProportional-Derivative controlNow, let's take a look at a PD control. From the table shown above, we see that the derivative controller (Kd) reduces both the overshoot and the settling time. The closed-loop transfer function of the given system with a PD controller is:Let Kp equals to 300 as before and let Kd equals 10. Enter the following commands into an m-file and run it in the Matlab command window.Kp=300; Kd=10; num=[Kd Kp]; den=[1 10+Kd 20+Kp]; t=0:0.01:2; step(num,den,t)This plot shows that the derivative controller reduced both the overshoot and the settling time, and had small effect on the rise time and the steady-state error.ProportionalProportional-Integral controlBefore going into a PID control, let's take a look at a PI control. From the table, we see that an integral controller (Ki) decreases the rise time, increases both the overshoot and the settling time, and eliminates the steady-state error. For the given system, the closed-loop transfer function with a PI control is:Let's reduce the Kp to 30, and let Ki equals to 70. Create an new m-file and enter the following commands.Kp=30; Ki=70; num=[Kp Ki]; den=[1 10 20+Kp Ki]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) Run this m-file in the Matlab command window, and you should get the following plot.We have reduced the proportional gain (Kp) because the integral controller also reduces the rise time and increases the overshoot as the proportional controller does (double effect). The above response shows that the integral controller eliminated the steady-state error.ProportionalProportional-IntegralIntegral-Derivative controlNow, let's take a look at a PID controller. The closed-loop transfer function of the given system with a PID controller is:After several trial and error runs, the gains Kp=350, Ki=300, and Kd=50 provided the desired response. To confirm, enter the following commands to an m-file and run it in the command window. You should get the following step response. Kp=350; Ki=300; Kd=50;num=[Kd Kp Ki]; den=[1 10+Kd 20+Kp Ki]; t=0:0.01:2;step(num,den,t)Now, we have obtained the system with no overshoot, fast rise time, and no steady-state error.四．实验报告 1．综述 PID 控制的理论原理；2．画出示例程序中 PID 控制结构图，并简述控制效果；3．选择其它的示例实现 PID 控制。
PID控制及其MATLAB仿真详细课件
1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真
具体实现的步骤是： 1、根据实际情况，人为设定阈值ε＞0； 2、当∣e (k)∣＞ε时，采用PD控制，可避免产生 过大的超调，又使系统有较快的响应； 3、当∣e (k)∣≤ε时，采用PID控制，以保证系统 的控制精度。
G(s)
U (s) E(s)
k p 1
1 T1s
TD s
1.1 PID控制原理
PID控制器各校正环节的作用如下：
比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差 一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。 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T,T越大，积分作用 越弱，反之则越强。 微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号 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，减少调节时间。
1)T )
e(k) e(k
1)
dt
T
T
1.3.1 位置式PID控制算法
可得离散表达式：
u(k
)
k
p
(e(k
)
T T1
k e( j) TD
j0
T
(e(k) e(k
1)))
k p e(k )
ki
k
e(
j0
j)T
kd
e(k )
e(k T
1)
式中，Ki=Kp/Ti,Kd=KpTd,T为采样周期，K为 采样序号，k=1,2,……,e (k-1)和e (k)分别为 第(k-1)和第k时刻所得的偏差信号。
开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研究
开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研究
刘文军;罗玉峰
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2006(022)028
【摘要】本文提出了一种开关电源模糊控制PID的的设计和MATLAB仿真方法.仿真结果表明:具有模糊控制的PID动态响应快、超调量小、负载变化引起输出电压的变化小.
【总页数】3页(P29-30,65)
【作者】刘文军;罗玉峰
【作者单位】330029,南昌市南昌大学机电工程学院;330099,南昌市南昌工程学院计算机系;330029,南昌市南昌大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP302
【相关文献】
1.基于模糊控制的可调直流开关电源设计与研究 [J], 郭鹏;赵鑫;徐周
2.一种简化PID模糊控制器的研究与设计 [J], 雷春雨;王直
3.基于模糊控制理论的PID闭环控制系统的研究与设计 [J], 李强
4.开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研究 [J], 刘文军;罗玉峰
5.基于PID控制的Boost型开关电源MATLAB仿真研究 [J], 韩冰;李继岚;周昊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Matlab技术PID控制设计
Matlab技术PID控制设计引言PID（Proportional-Integral-Derivative）控制是一种经典的反馈控制策略，广泛应用于工业控制和自动化领域。
作为一种重要的控制算法，PID控制在实际应用中的设计和调试具有一定的技术难度。
本文将介绍使用Matlab来进行PID控制设计的方法和步骤。
一、PID控制原理PID控制器的基本原理是通过对反馈信号与设定值之间的差异进行比较，计算出控制量的调节量。
其中，比例项（Proportional Term）通过乘以比例系数来产生控制量，用来对系统的偏差进行修正；积分项（Integral Term）通过乘以积分时间常数对历史偏差进行累积，用来消除稳态误差；微分项（Derivative Term）通过乘以微分时间常数对偏差的变化率进行控制，用来提高系统的动态响应。
二、使用Matlab进行PID控制设计的步骤1. 系统建模首先，我们需要对待控制的系统进行建模。
可以通过数学建模的方法，或者根据实验数据构建系统的传递函数模型。
在Matlab中，可以使用tf函数来表示传递函数。
例如，假设待控制系统的传递函数为G(s)，可以使用以下代码来表示：G = tf([b0 b1 b2],[a0 a1 a2])2. 设计PID控制器根据系统的特性和要求，可以设计合适的PID控制器。
在Matlab中，可以使用pid函数来设计PID控制器。
例如，假设需要设计的PID控制器的参数为Kp、Ti和Td，可以使用以下代码来表示：C = pid(Kp,Ti,Td)3. 系统闭环将控制器与待控制系统连接起来，形成一个闭环系统。
在Matlab中，可以使用feedback函数来实现闭环控制。
例如，假设控制器C与待控制系统G进行闭环控制，可以使用以下代码来表示：sys_cl = feedback(C*G,1)4. 评估系统性能通过对闭环系统进行仿真，可以评估系统的性能指标。
可以使用step函数绘制系统的阶跃响应曲线，或者使用impulse函数绘制脉冲响应曲线。
基于PI控制方式的7A开关电源的MATLAB仿真
基于PI控制方式的7A开关电源的MATLAB仿真摘要随着人们对电源电路性能的更高要求，开关类电源受到了广泛关注，而PI（比例-积分）控制也是控制变频器和开关电源系统中一种普遍采用的控制策略。
本文主要选择MATLAB 建立了一种基于PI控制器的7A开关电源模型，以模拟光照了解负载变化对电源输出的影响，并基于PI控制器的输出电压控制，以确保系统具有良好的控制性能。
1 引言开关类电源具有可控、高效、低成本等优点，因而受到了广泛关注，电源系统输出电压的稳定性但负载变化取决于系统控制方法，所以在电源控制中，调节重要参数是非常有价值的材料[1]。
PI控制器是开关类电源系统中最常采用的控制手段，它通过调节电源的输出电流和电压来达到平稳的输出[2]。
2 MATLAB模型2.1 开关电源PI控制模型创建利用MATLAB 建立一个额定功率为7A的开关类电源模型，此模型正常工作，控制器输出电压为5V。
此模型由电源输出，比例积分控制器，开关模型，电动机及负载模型，空载通知与负载状态模型组成，通过PI控制器调控来控制电源系统的输出，如图2-1所示。
图2-1 开关电源PI控制模型示意图2.2 建立PI控制器为确保系统的稳定，PI控制器是一个飞地易控制系统的重要组成。
本文提出的PI控制器使用MATLAB 中的比较器子程序，通过比对实际负载电压和目标负载电压结果，来实现控制。
经过参数优化，模型初始采用积分时间常数（Ti=72.1ns），比例常数（Kp=55.4）。
2.3 建立开关模型开关模型采用ATMEL公司提供的ATM90E26芯片，其结构如图2-2所示。
电源系统中的功率MOSFET及反射式锁回电路，结合通过测量的电压与电流，充分考虑了开关系统的效率。
2.4 建立负载模型负载模型包括电机控制及负载模型，用于模拟实际负载的变化，以及影响负载的空载检测与负载状态模型，模拟负载变化对电源输出的影响，另外为了实现保护功能，增加电压保护模型，当电压超出额定范围，触发电压保护功能，以来确保系统的安全性。
基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究(1)
基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究(1)随着科技的不断发展，电子产品越来越普及，电源的研究也越来越重要。
A开关电源是一种常见的电源类型，它采用高频进行开关，能够将输入电压进行变换得到所需要的输出电压。
为了控制A开关电源，让它输出满足需求的稳定电压，一种被广泛应用的控制方式是PI控制。
PI控制是通过调节比例和积分两个参数来实现电源输出电压的控制，使用这种控制方法可以避免A开关电源的过零现象，减少输出噪声。
本文主要利用MATLAB进行基于PI控制方式的A开关电源的仿真研究。
首先，在MATLAB中进行A开关电源的建模。
建模的过程中需要考虑电源的输入电压、输出电压、开关周期等因素，并根据这些因素确定模型参数。
模型建立完成后，利用MATLAB的仿真器进行模拟实验，运用不同的控制策略，如比例控制、积分控制、PI控制等，观察电源的输出电压是否符合要求。
接着，在MATLAB中调整PI控制的参数，观察参数变化对电源稳定性和输出电压波动的影响。
通过调整PI控制的比例参数和积分参数，找到使得输出电压稳定的合理参数范围，并找出最佳参数组合。
通过对仿真结果的分析，可以得到如果要实现较为稳定的电源输出电压，需要控制PI控制器中的比例参数和积分参数同时进行调整。
最后，对实验数据进行统计分析，评估PI控制方式的有效性，并比较PI控制方式和传统控制方式的电源输出效果。
从实验结果可以看出，基于PI控制方式的A开关电源输出电压更稳定，噪声较小，与目标电压更为接近。
相比传统控制方式，PI控制方式能够更好地保证A开关电源的输出电压稳定性和可靠性。
综上所述，本文主要研究了基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真。
通过模型的建立、参数的调整和实验数据的分析，得出了PI控制方式在控制A开关电源输出电压方面的优越性。
这些研究结果对于电源的研究和应用，以及其他领域的自动控制方案的设计具有重要的参考价值。
基于PI控制方式的2A开关电源MATLAB仿真研究
基于PI控制方式的2A开关电源MATLAB仿真研究目录1 绪论 --------------------------------------------------------------------- 22 设计要求 ----------------------------------------------------------------- 23 主电路参数计算 ----------------------------------------------------------- 23.1 电容参数计算 --------------------------------------------------------- 3 3.2 电感参数计算 --------------------------------------------------------- 34 补偿网络设计 ------------------------------------------------------------- 44.1原始系统的设计 -------------------------------------------------------- 44.2补偿网络相关参数计算 -------------------------------------------------- 65 负载突加突卸 ------------------------------------------------------------- 105.1满载运行 -------------------------------------------------------------- 105.2突加突卸80%负载 ------------------------------------------------------ 116 小结 -------------------------------------------------------------------- 14参考文献 ------------------------------------------------------------------ 151 绪论开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持不乱输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究-V1
基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究-V1基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究一、引言A开关电源是一种高效率、高稳定性的电源，被广泛应用于通信、计算机、医疗等领域。
而PI控制方式是一种常见的控制方式，具有简单、实用、易实现等特点。
本文旨在探究基于PI控制方式的A开关电源的MATLAB仿真研究，以期为相关领域的研究人员提供参考。
二、A开关电源的基本原理A开关电源由开关管、变压器、软件控制器等组成。
在输入电源通过变压器转换后，输出电压通过开关管的断开和闭合控制来实现，其中软件控制器起到控制作用。
整个过程中还需要使用滤波器来减小噪声和杂波干扰。
三、PI控制方式的基本原理PI控制方式是一种通用的控制方式，通常由比例控制和积分控制两个部分组成。
比例控制负责将实际值与设定值进行比较，并产生误差信号；积分控制则通过积分误差信号来降低系统稳定性。
通过调整比例系数和积分系数，可以实现良好的控制效果。
四、基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究1.搭建仿真模型：将A开关电源等元器件通过MATLAB仿真工具进行搭建，设定仿真参数和控制器的比例系数和积分系数。
2.进行仿真分析：通过仿真结果，可以得到电源的输出波形和相应的电压、电流和功率状态等。
同时还需要对控制效果进行分析和评价。
3.系统优化：根据仿真结果，逐步对系统进行调整和优化，以提升电源的性能和稳定性。
五、研究结论通过MATLAB仿真工具对基于PI控制方式的A开关电源进行研究，可以得出以下结论：1. A开关电源能够实现快速、准确、可靠的输出电压；2. PI控制方式能够有效降低系统稳定性；3. 根据仿真结果，可以对系统进行优化和调整，以提升电源的性能和稳定性。
六、结语本文简要介绍了基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究，从原理、仿真模型和研究结论等方面进行探究和总结。
希望此研究对相关领域的研究人员提供一定的参考价值。
PID控制算法的matlab仿真
PID 控制算法的matlab 仿真PID 控制算法是实际工业控制中应用最为广泛的控制算法，它具有控制器设计简单，控制效果好等优点。
PID 控制器参数的设置是否合适对其控制效果具有很大的影响，在本课程设计中一具有较大惯性时间常数和纯滞后的一阶惯性环节作为被控对象的模型对PID 控制算法进行研究。
被控对象的传递函数如下：()1d sf Ke G s T sτ-=+ 其中各参数分别为30,630,60f d K T τ===。
MATLAB 仿真框图如图1所示。
1Out1Zero-Order HoldTransport Delay30630s+1Transfer FcnStep-K-Kp-K-Ki-K-Kdz (z-1)(z-1)zAdd图12 具体内容及实现功能2.1 PID 参数整定PID 控制器的控制参数对其控制效果起着决定性的作用，合理设置控制参数是取得较好的控制效果的先决条件。
常用的PID 参数整定方法有理论整定法和实验整定法两类，其中常用的实验整定法由扩充临界比例度法、试凑法等。
在此处选用扩充临界比例度法对PID 进行整定，其过程如下：1) 选择采样周期 由于被控对象中含有纯滞后，且其滞后时间常数为60d τ=，故可选择采样周期1s T =。
2) 令积分时间常数i T =∞，微分时间常数0d T =，从小到大调节比例系数K ，使得系统发生等幅震荡，记下此时的比例系数k K 和振荡周期k T 。
3) 选择控制度为 1.05Q =，按下面公式计算各参数：0.630.490.140.014p k i k d k s kK K T T T T T T ====通过仿真可得在1s T =时，0.567,233k k K T ==，故可得：0.357,114.17,32.62, 3.262p i d s K T T T ====0.0053.57p s i i p d d sK T K T K T K T ====按此组控制参数得到的系统阶跃响应曲线如图2所示。
基于某PID控制方式的9A开关电源Multisim
基于PID控制方式的9A开关电源Multisim仿真研究学院：电光学院专业：电气工程及其自动化班级：：学号：目录1.引言 (3)2.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计 (3)2.1设计指标 (3)2.2 Buck主电路的参数设计 (4)2.3用Multisim软件参数扫描法计算 (5)3．PID补偿网络设计 (8)3.1主电路直流增益计算 (8)3.2补偿网络的设计：控制方式为PID (9)3.3变换器传递函数及波特图 (11)4. Buck变换器的负载突加突卸仿真 (12)4.1总电路图的设计如图 (12)4.2突加突卸80%负载 (14)5. 小结 (15)参考文献 (15)1.引言开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。
为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。
粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。
但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。
例如，已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。
所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。
常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。
PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。
pid控制及其matlab仿真-详细
在MATLAB中搭建仿真模型，验证PID控制器对复杂系统的控制 效果。
PID控制器的参数优化
参数优化方法
采用智能优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）对PID 控制器参数进行优化，以进一步提高控制性能。
01
MATLAB实现
在MATLAB中编写优化算法程序，通过 Simulink仿真模型进行测试和验证。
积分控制
02
03
微分控制
通过累积输入信号的变化量来控 制输出信号，以减小输出信号的 误差。
通过预测输入信号的变化趋势来 控制输出信号，以减小输出信号 的超调和响应时间。
PID控制器的参数整定
比例系数
影响控制器的增益，比例系数越 大，控制器的增益越大，输出信 号变化越快。
积分系数
影响积分控制的强度，积分系数 越大，积分控制作用越强，误差 减小越快。
温度控制系统中的应用
温度控制系统是PID控制器的另一个重要应用领域。在工 业和科学实验中，温度控制对于保持恒定的实验条件和产 品质量至关重要。
PID控制器用于温度控制系统的目的是通过自动调节加热 元件的功率或冷却介质的流量，将温度维持在设定的范围 内。
PID控制器通过比较温度传感器的实际测量值与期望值之 间的误差，来调整加热元件或冷却介质的控制信号，以减 小误差并实现稳定的温度控制。
pid控制及其 matlab仿真-详细
目 录
• PID控制理论简介 • MATLAB仿真环境介绍 • PID控制器在MATLAB中的实现 • PID控制器的性能分析 • PID控制器的应用实例 • 结论与展望
01
CATALOGUE
PID控制理论简介
开关电源模糊控制PID的设计和MATLAB仿真研究230
摘要：本文提出了一种开关电源模糊控制PID的的设计和MATLAB仿真方法。
仿真结果表明：具有模糊控制的PID动态响应快、超调量小、负载变化引起输出电压的变化小。
关键词：开关电源;PID控制;模糊控制Abstract：This paper presents a method of design and MATLAB simulation of a fuzzy PI D-type of switch power supply.The experiment results indicate that compare to the PID control，the fuzzy control has a lot of merits，such as，fast transient response，small t urn—on overshoot，small output voltage fluctuations with output current changes.Key words：switching power supply;PID control;fuzzy control1 引言开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源。
它以小型、高效、轻量的特点被广泛应用于各种电子设备中。
开关电源控制部分绝大多数是按模拟信号来设计和工作的，其抗干扰能力不太好，信号有畸变。
由于计算机技术突飞猛进的发展，数字信号的控制和处理显示出越来越多的优点：便于计算机处理和控制，避免模拟信号传递畸变失真，减少杂散信号的干扰，软件调试方便等，出现了数字PID控制。
它使得开关电源向数字化、智能化、多功能化方向发展。
这无疑提高了开关电源的性能和可靠性。
但由于开关电源本身是一个非线性的对象，其精确模型的建立是相当困难的，常采用近似处理，并且其供电系统和负载变化具有不确定性，所以采用上述模拟或数字PID控制方法常常难以使PID调节器的参数随之变化，控制效果不理想。
pid控制算法 matlab
PID控制算法在Matlab中的应用1. 简介PID控制算法是一种经典控制算法，它通过比例、积分和微分三个部分来调节控制系统的输出，以实现对系统的稳定控制。
在Matlab中，可以利用其丰富的工具箱和编程功能来实现PID控制算法，并对系统进行仿真和分析。
2. PID控制算法原理PID控制算法是由比例项（P）、积分项（I）和微分项（D）组成的。
比例项根据当前误差进行控制，积分项根据累积误差进行控制，微分项则根据误差变化速度进行控制。
通过这三个部分的调节，PID控制算法可以有效地实现对系统的稳定控制。
3. 在Matlab中实现PID控制算法在Matlab中，可以利用Control System Toolbox提供的函数和工具来实现PID控制算法。
可以使用pid函数创建一个PID控制器对象，设置其比例、积分和微分系数。
可以将该PID控制器对象与系统模型进行连接，通过sim函数对系统进行仿真和分析。
4. 使用示例以下是一个简单的示例来演示如何在Matlab中实现PID控制算法。
创建一个一阶惯性系统模型，然后使用pid函数创建一个PID控制器对象，设置其比例、积分和微分系数。
将PID控制器对象与系统模型进行连接，通过sim函数对系统进行仿真并绘制响应曲线。
```matlab创建一阶惯性系统模型sys = tf(1, [1 1]);创建PID控制器对象Kp = 1;Ki = 0.1;Kd = 0.2;pid_controller = pid(Kp, Ki, Kd);将PID控制器对象与系统模型进行连接sys_with_pid = feedback(pid_controller * sys, 1);对系统进行仿真并绘制响应曲线t = 0:0.1:10;u = ones(size(t));lsim(sys_with_pid, u, t);```通过以上示例，可以看到PID控制算法对系统的控制效果。
在实际应用中，可以根据具体系统的特性和需求来调节PID控制器的参数，以达到最佳的控制效果。
pid控制器matlab仿真
pid控制器matlab仿真PID控制是最早发展的自动控制策略之一，PID控制系统由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。
具有简单易懂，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控制的参数自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
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。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
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。
本文首先从PID理论出发，建立模型，讨论系统的稳定性，快速性，准确性。
利用MATLAB对PID控制的参数进行仿真，设计不同的参数，以使系统满足所要求的性能指标。
2、控制领域有一个很重要的概念是反馈，它通过各种输出值和它们各自所需值的实时比较的度量―各种误差，再以这些误差进行反馈控制来减少误差。
这样形成的因果链是输入、动态系统、输出、测量、比较、误差、输入构成的一个环路，因而也构成了包含原动态系统在内的一个新的动态闭环系统。
采用反馈的基本原因是要在不确定性存在的条件下达到性能目标。
许多情况下，对于系统的了解是不全面的，或者可用的模型是基于许多简化的假设而使它们变得不透彻。
系统也可能承受外界干扰，输出的观测常受噪声干扰。
有效的反馈能减少这些不确定性的影响，因为它们可以补偿任何原因引起的误差。
反馈概括了很广泛的概念，包括当前系统中的许多回路、非线性和自适应反馈，以及将来的智能反馈。
广义的讲，反馈可以作为描述和理解许多复杂物理系统中发生的循环交互作用的方式。
在实际的过程控制和运动控制系统中，PID占有相当的地位，据统计，工业控制中PID 类控制器占有90％以上。
PID控制方式的3A开关电源
基于PID控制方式的3A开关电源MATLAB仿真研究学院：电气与光电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：一绪论Buck变换器是最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。
开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。
为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。
粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。
但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。
所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。
常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。
PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。
本次设计就采用PID控制方式。
二设计过程各项技术指标：输入直流电压(V IN)：10；输出电压(V O)：5V；输出电流(I N)：3A；输出电压纹波(V rr)：50mV；基准电压(V ref)：；开关频率(f s)：100kHz。
设计任务：1.依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真；2. 掌握小信号建模的方法，建立Buck 变换器原始回路增益函数；3. 采用Matlab 绘制控制对象的Bode 图；4. 补偿网络设计，根据控制对象的Bode 图，分析所需设计的补偿网络特性，采用PID 调节方式。
开关电源matlab课程设计
开关电源matlab课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解开关电源的基本原理，掌握其工作流程及关键参数；2. 学会使用MATLAB软件进行开关电源的仿真与设计；3. 掌握开关电源电路的建模方法，能够运用MATLAB进行模型搭建与分析。
技能目标：1. 能够运用所学知识，独立完成开关电源的MATLAB仿真实验；2. 能够运用MATLAB软件解决开关电源设计中的实际问题，提高实际操作能力；3. 通过课程学习，培养学生动手实践、团队协作和问题解决的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对电力电子技术及MATLAB软件的兴趣，提高学生的学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与创新，养成良好的学习习惯；3. 引导学生关注开关电源在实际应用中的节能环保作用，提高学生的社会责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，注重理论联系实际，培养学生运用MATLAB软件解决开关电源设计问题的能力。
学生特点：学生具备一定的电路基础知识，对MATLAB软件有一定的了解，但对开关电源的深入研究和实践操作经验不足。
教学要求：结合学生特点，课程要求教师采用任务驱动、案例教学等方法，引导学生主动参与，注重培养学生的动手能力和实际问题解决能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于开关电源的设计与优化，提高综合素质。
二、教学内容1. 开关电源基本原理：介绍开关电源的工作原理、类型及性能指标，结合教材相关章节，让学生掌握开关电源的基础知识。
2. MATLAB软件入门：回顾MATLAB软件的基本操作，重点讲解仿真、建模及分析等功能，为后续课程打下基础。
3. 开关电源电路建模：讲解开关电源电路的建模方法，指导学生运用MATLAB软件进行模型搭建，结合教材实例进行分析。
4. 开关电源MATLAB仿真：详细介绍开关电源的MATLAB仿真步骤，包括电路图绘制、参数设置、仿真分析等，使学生能够独立完成仿真实验。
5. 开关电源设计实例：选取具有代表性的开关电源设计实例，引导学生运用所学知识解决问题，提高实际操作能力。
基于PID控制方式的4A开关电源-multisim仿真
基于PID控制方式的4A开关电源Multisim仿真研究学院: xxxxx专业：xxxxxxxxxx班级：xxxxxx姓名：xxx学号：xxxxxx时间：xxxxxx引言开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM ）控制IC 和MOSFET 构成。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，开关电源向高频化、小型化发展。
在开关电源中，变换器占据着重要地位。
Buck 变换器是最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥。
本文就是对Buck 变换器的主电路、控制方式以及补偿电路进行设计研究仿真，得出波特图和负载的电压电流仿真（控制方式为PID ，负载电流为4A ，仿真软件为Multisim ）。
1．主电路设计1.1 主电路参数 输入直流电压V in =15V 输出直流电压V 0=5V 输出电流I N =4A 输出电压纹波V rr =50mV 基准电压V ref =1.5V 开关频率f s =100kHz 。
图1 Buck 主电路1.2主电路参数计算 ①滤波电容参数设计如下：输出纹波电压只与电容的容量以及ESR 有关，即Ω=⨯===∆.5m 624.2050.20V rr V rr Rc I i N L由于电解电容生产厂家很少给出ESR ，而且ESR 随着电容的容量和耐压变化很大，但是C 与RC的乘积趋于常数，约为50~80F *Ωμ，故F 100062.5m F.562Rc Rc C C μμ=ΩΩ•=•=②滤波电感参数设计如下：开关闭合和导通的基尔霍夫电压方程如下：图2等效电路onLon L 0in T i L V V V V ∆•=--- （1） OFFLD L 0T i L V V V ∆•=++ （2） ms 1001T T OFF on =+ （3） 假设二极管的通态压降0.5V V D =，电感中的电阻压降为.1V 0V L =，开关管的导通压降.5V 0V on =，根据等式（1）、（2）、（3）可得：H .843L μ=，s 3.73T on μ=，故取H 74L μ=。
MATLAB和基本PID控制系仿真
3.2 PID控制系统仿真
例：基本PID控制SIMULINK仿真
仿真时取kp=60,ki=1,kd=3，输入指令为rin(k)=sin(0.4*pi*t) 采用ODE45迭代措施，仿真时间为10s。
Signal Generator
Sum
PID
PID Controller
133 s2+25 s Transfer Fcn
措施一
clear all;
close all;
ts=0.001;
sys=tf(523407,[1,86.85,10465,0]);
dsys=c2d(sys,ts,'z');
[num,den]=tfdata(dsys,'v');
u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;
y_1=0.0;y_2=0.0;y_3=0.0;
Mux
Mux
Scope
参数设置
仿真曲线
3.2.1 数字PID
1、离散系统旳数字PID控制仿真：
离散PID控制算法：
u (k )
k perror(k) ki
k
error( j)T
j0
kd
error(k) error(k T
1)
例：被控对象为：G(s)
523407
s3 86.85s 2 10465s
（5）从频域角度来看，PID控制是经过积分作用于系统旳 低频段，以提升系统旳稳态性能，而微分作用于系统旳中 频段，以改善系统旳动态性能。
Байду номын сангаас
PID参数整定规律
几条基本旳PID参数整定规律： （1）增大百分比系数一般将加紧系统旳响应，在有静差旳情
运用MATLAB
运用MATLAB/Simulink 对开关电源的数字控制系统进行仿真。
建立PWM 子系统和开关电源数字PID 控制的电路模型。
由于比例调节是有差调节，但是响应速度快，积分调节可以消除系统的稳态误差，而微分调节既可提高响应速度，又可抑制超调，三者结合可以达到很理想的结果。
故本系统采用PID 调节。
这里需要确定PID 调节器的3个参数：p K 、i K 、d K ，这里采用Ziegler —Nichols 的参数整定方法[9]，Ziegler —Nichols 法是基于简单的稳定性分析方法．首先置d K =ki =0，然后增d K 直至系统振荡，记下此临界状态下d K 的值σK ，振荡周期为σT ．利用Ziegler —Nichols 方法即可确定控制器的p K 、i K 、d K 参数。
数控开关电源的仿真图如图
输出电压为32V 时的波形
t/s
图7 输出电压为18V 时的波形
t/s
图8 输出电流为5A 时的波形
图9 输出电流为3A时的波形。
PID控制方式的3A开关电源MATLAB
基于PID控制方式的3A开关电源MATLAB仿真研究学院：电气与光电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：一绪论Buck变换器是最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck 族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。
开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。
为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。
粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。
但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。
所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。
常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。
PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。
本次设计就采用PID控制方式。
二设计过程各项技术指标：输入直流电压(V IN)：10；输出电压(V O)：5V；输出电流(I N)：3A；输出电压纹波(V rr)：50mV；基准电压(V ref)：1.5V；开关频率(f s)：100kHz。
设计任务：1.依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真；2.掌握小信号建模的方法，建立Buck变换器原始回路增益函数；3.采用Matlab绘制控制对象的Bode图；4.补偿网络设计，根据控制对象的Bode图，分析所需设计的补偿网络特性，采用PID调节方式。
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基于PID控制方式的3A开关电源MATLAB仿真研究
学院：电气与光电工程学院
专业：电气工程及其自动化
班级：
一绪论
Buck变换器是最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck 族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电
流-电压双环设计控制环路。
开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。
为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。
粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。
但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。
所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。
常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。
PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。
本次设计就采用PID控制方式。
二设计过程
各项技术指标：
输入直流电压(V IN)：10；
输出电压(V O)：5V；
输出电流(I N)：3A；
输出电压纹波(V rr)：50mV；
基准电压(V ref)：1.5V；
开关频率(f s)：100kHz。
设计任务：
1.依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真；
2.掌握小信号建模的方法，建立Buck变换器原始回路增益函数；
3.采用Matlab绘制控制对象的Bode图；
4.补偿网络设计，根据控制对象的Bode图，分析所需设计的补偿网络特性，采用PID调节方
式。
5.采用Matlab绘制补偿器和变换器的Bode图；
6.综合仿真，采用所选择的仿真软件进行系统仿真，要求有突加、突卸80%负载和满载时的
负载特性，分析系统的静态稳压精度和动态响应速度。
2.1 主电路设计：
滤波电感和电容参数设计：
输出纹波电压只与电容C 的大小及Rc 有关： N
rr
L rr c I V i V R 2.0=∆=
(1) 电容C 与Rc 的乘积趋于常数,约为50~80µΩ*F 。
本次课程设计中取为75µΩ*F 。
由式(1)可得Rc=83.3m Ω,C=900.36uF 。
负载电阻Ω=Ω==
67.13
5
N O I V R L 。
假设二极管 D 的通态压降 D V =0.5V, 电感 L 中的电阻压降 L V =0.1V, 开关管S 的导通压降ON V =0.5V 。
根据基尔霍夫电压方程, 可知开关管 S 闭合与导通状态输入电压 IN V 和输出电压O V 满足如下关系:
ON
L
ON L O IN T i L V V V V ∆=--- (2) OFF
L
D L O T i L
V V V ∆=++ (3) S
OFF ON f T T 1
=
+ (4) 可得导通时间 ON T =5.6µs，电感串联电阻L R =01.67Ω，电感值L=41.049µH。
假设：V V D 5.0= V V L 1.0= V V ON 5.0= 其中L 中串联电阻Ω==017.0N L L I V
R
可得： s
T ON μ6.5=
H L μ049.41=
由matlab 仿真，得图2，可知当取H L μ049.41=时，电感电流在2.8A-3.2A 之间脉动，符合N L I i 2.0≤∆的要求 电感电流纹波：
iL 电流
2.2补偿网络设计
采用小信号模型分析方法可得Buck 变换器原始回路增益函数：
LC
s R
L s sC V s s G c IN 2m
01)
R 1()H(V 1)(+++•
•=
（1） 假设PWM 锯齿波幅值Vm 为1.5V ，采样电阻R1=3K Ω，Rb=1.3 K Ω，则
3.01)(=+=Rb
R Rb
s H （2）
所以：
1
55.287.32
45.1)(2
0+-+-+-=
s e s e s e s G （3） 用matlab 画出的G0（s ）的伯德图： MATLAB 的程序为： num=[150e-6 2]
den=[3.7e-8 2.5e-5 1]; g=tf(num,den); margin(g);
>>
伯德图为：
此时穿越频率为9.67kHz ，相位裕度为41.6°。
PID 补偿网络设计：
要求穿越频率为10-20kHz ，相位裕度为50°-55°。
K=2
13
R R R +-
（1）
⎪
⎭
⎫ ⎝⎛++
+
=13
2
1)
1)(1()(Z Z Z S S
S
K
S Gc ωωω (2)
假设：期望的相位裕度︒=60γ；
穿越频率kHz f c 15=
为了提高系统穿越频率，则需要在其幅值下降前抬高它的下降速度为-20db/s ，才能提高其穿越频率。
因此令：补偿网络零点频率Hz e f f c
z 315.3sin 1sin 1=+-=γ
γ
补偿网络极点频率Hz e f f c
p 37.31sin 1sin 1=-+=γ
γ
则:零点角频率s rad e f w z z /479.192==π
极点角频率s rad e f w p p /414.32==π 倒置零点角频率
kHZ fl L
14.32==πω
2
2
603.5315.161.2642.7)(s
e s s e s e s Gc -+-++= (3)
用matlab 画出伯德图：
程序为： num=[1.15e-3 26.61 7.2e4]; den=[5.03e-6 1 0]; g=tf(num,den);
margin(g); >
>>
加入PID 补偿网络后的电路图：
直流增益
4
322
01386.187.35333.222.5244.14)()()(s
e s e s e s s e s e s G s G s G c -+-+-+-++=•= (1)
用matlab 画出伯德图：
程序为：num=[2.3e-3 53.22 1.44e5]; den=[1.86e-13 3.7e-8 3e-5 1 0]; g=tf(num,den); margin(g);
2.3 负载的突加突卸 突加突卸80%负载： 20%N I =0.6A
Ω=⨯=
33.832.052A
V
R
Ω=67.1//33.8n R Ω=084.2n R
电路图如图所示,
仿真波形图如图所示：
IL电流
输出电压电流
2.4电源扰动
输入电压为10V，加入20%的电压扰动，即此时输入电压为9.6V-14.4V,加入的输入电压波形如图所示：
电路图为：
输出的电压电流波形图
iL电流
3心得体会
通过本次开关电源作业设计，使我对开关电源有了更深刻的理解和认识。
我对BUCK电路的有了进一步的学习，在设计的过程中，又再次复习了电力电子和自动控制原理，加深了以前的学习。
同时，学会了MATLAB及相关软件的使用，这对以后的学习将会有很大的帮助。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。
我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
4 参考文献
1 张建生主编《现代仪器电源原理技术设计》北京：科学出版社，200533
2 陈丽兰主编《自动控制原理》电子工业出版社2006
3 杨旭等.《开关电源技术》[M].北京:机械工业出版社,2004.03.
4 张占松，张心益.开关电源技术教程：机械工业出版社2012.8
5 许泽刚, 李俊生, 郭建江.基于电力电子的虚拟综合实验设计与实践[J].电气电子教学学报，2008,30(5)：62-64
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。