buck的pid-fuzzy控制matlab仿真

buck的pid-fuzzy控制matlab仿真
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。

但是最后的结果和要求的指标还有点差距,在换载时超调有点大,最后,在得到的较好的三个的较小参数的范围内,又对电感和电容进行了一些微调。最终,电感、电容、Kp、Ki、Kd分别为3.5e-4、2.1e-4、118、7、0.03。结果可以满足要求,仿真结果如图3所示。

图3(1) PID仿真电压波形

图3(2) PID仿真电流波形

如图3(1)所示,换载时刻分别是0.05秒和0.1秒。0.5秒时由半载换为满载,在1秒时由满载再次换为半载,由波形图可以看出,其纹波电压小于±25mv,且换载时超调小于70mv,故满足要求。

由图3(2)知,电流在换载时,电流在0.05s时由满载时的0.25A换为半载时0.5A,然后在0.1s时又由满载时的0.5A换为半载时的0.25A,可以由图3(2)看到相

应仿真波形。

2、FUZZY控制的BUCK的仿真

(1)搭建BUCK电路模型。我沿用了PID的BUCK电路模型,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)建立FUZZY文件,我选择了,两个输入,一个输出,且对他们都用了7个隶属函数,每个函数的变化范围是-1到1,其中E如图4所示。

图4(1) FUZZY文件

图4 (2)FUZZY文件

然后,对该函数添加了规则库,如图5所示

图5 FUZZY的规则库

(3)在BUCK电路模型的基础上,加入FUZZY模型,如图6所示

图6 FUZZY仿真模型

电路原理如下,测得电压信号经过与参考电压比较后得到一个差值信号E,

E经过微分和比例放大后会形成dE

dt

,他们送入FUZZY模块中,经过模糊推理

会给出控制信号,然后和三角波比较后形成门极脉冲,控制MOSFET的通断,进而控制输出电压大小。

(4)仿真过程中主要调节了du/dt环节前的增益K和下面的Gain值,只是调节这两个数值我的FUZZY并不能达到很好的输出,我又调了电感和电容,输出基本达到要求。

图7 FUZZY控制时输出波形

最终,电感、电容、K、Gain的值分别为2.98e-4、2e-2、0.003、27。输出波形如图7所示。其中,换载时刻也是0.05秒和0.1秒,可以看到超调也很小,输出也可稳定在5v。

四、仿真结论

由上述仿真结果知,通过添加PID及FUZZY控制模块后的仿真能够满足稳态

误差,换载超调等要求

基于Matlab的自动控制系统设计与校正

自动控制原理课程设计设计题目:基于Matlab的自动控制系统设计与校正

目录 第一章课程设计内容与要求分析.................................................... 错误!未定义书签。 1.1设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 Matlab软件 (2) 1.3.1基本功能 (2) 1.3.2应用 (2) 第二章控制系统程序设计 (4) 2.1 校正装置计算方法 (4) 2.2 课程设计要求计算 (4) 第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6) 3.1校正系统的传递函数 (6) 3.2用Matlab仿真 (6) 3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (8) 3.2.1原系统单位阶跃响应 (8) 3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (8) 3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (8) 3.4硬件设计 (8) 3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (9) 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (12)

1 第一章 课程设计内容与要求分析 1.1设计内容 针对二阶系统 )1()(+= s s K s W , 利用有源串联超前校正网络(如图所示)进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置,其传递函数 11 )(++-=Ts Ts K s W c c α, 其中 1 3 2R R R K c += , 1 ) (13243 2>++ =αR R R R R ,C R T 4=, “-”号表示反向输入端。若Kc=1,且开关S 断开,该装置相当于一个放大系数为1的放大器(对原系统没有校正作用)。 1.2 设计要求 1 1.0)(≤∞e ,开环截止频率ω’≥45°; 2 3) 4)设校正装置网络元件参数R4、5R=100K ,C=1μF 、10μF 若干个); 6)利用Matlab 仿真软件辅助分析,绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果; 7)在Matlab-Simulink 下建立系统仿真模型,求校正前、后系 统单位阶跃响应特性,并进行系统性能比较; 8)利用自动控制原理实验箱完成硬件设计过程,包括:搭建校正前后 c R R

multisim buck电路仿真

第一章概述 1、1 直流―直流变换的分类 直流—直流变换器(DC-DC)就是一种将直流基础电源转变为其她电压种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为?48V,由于在通信系统中仍存在?24V(通信设备)及+12V、+5V(集成电路)的工作电源,因此,有必要将?48V基础电源通过直流—直流变换器变换到相应电压种类的直流电源,以供实际使用。D C/DC变换就是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。主要有 (1)Buck电路——降压斩波,其输出平均电压小于输入电压,极性相同。 (2)Boost电路——升压斩波,其输出平均电压大于输入电压,极性相同。 (3)Buck-Boost电路——降压―升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,电感传输。 (4)Cuk电路——降压或升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,电容传输。 此外还有Sepic、Zeta电路。 1、2 直流—直流变换器的发展 当今软开关技术的发展使得DC/DC发生了质的飞跃,美国VICOR公司(美国怀格公司,国际知名的电源模块生产厂家)设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器,其最大输出功率有300W、600W、800W等,相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm3,效率为(80~90)%。日本NEMIC—LAMBDA(联美兰达,日本的开关电源厂商、2012年兰达被TDK收购,名称也改为TDK-LAMBDA)公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列,其开关频率为(200~300)kHz,功率密度已达到27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%。

Buck电路的设计与仿真

uck 电路的设计与仿真 1、Buck 电路设计: 设计一降压变换器,输入电压为 20V ,输出电压5V ,要求纹波电压为输出 电压的0.5%,负载电阻10欧姆,求工作频率分别为10kHz 和50kHz 时所需的 电感、电容。比较说明不同开关频率下,无源器件的选择。 解:(1)工作频率为10kHz 时, A.主开关管可使用MOSFET ,开关频率为10kHz ; B 输入20V ,输出5V ,可确定占空比 Dc=25% ; C.根据如下公式选择电感 这个值是电感电流连续与否的临界值,L>L c 则电感电流连续,实际电感值 可选为1.1~1.2倍的临界电感,可选择为4 10?H ; D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 C=^^T s2 J =4.17 10 牛 8L^U 。 8 沃 4.5 沃 10 X0.0055 1 0000 (2)工作频率为50kHz 时, A.主开关管可使用MOSFET ,开关频率为50kHz ; B 输入20V ,输出5V ,可确定占空比 Dc=25% ; C.根据如下公式选择电感 . (1—DJR T (1 —0.25)汇10,. 1 L c (1 _DJR T 2 s (1-0.25)1° 亠 2 10000 = 3.75 10* H 5 (1-0.25) 0.75 10, H 50000 这个值是电感电流连续与否的临界值, L>Lc 则电感电流连续,实际电感值

L c T s 2

可选为1.2倍的临界电感,可选择为0.9 10" H ; D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 分析:在其他条件不变的情况下,若开关频率提高 n 倍,则电感值减小为 1/n ,电容值也减小到1/n 。从上面推导中也得出这个结论 2、Buck 电路仿真: 利用sim power systems 中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。输 入电压为20V 的直流电压源,开关管选 MOSFET 模块(参数默认),用Pulse Gen erator 模块产生脉冲驱动开关管 建模: 分别做两种开关频率下的仿真 工作频率为10kHz 时 U o (1-D c ) 8L U o T s 2 5 (1-0.25) 1 8 0.9 10J 0.005 5 500002 = 0.833 10*F matlab20120510 ?

增量式PID控制算法的MATLAB仿真

增量式PID 控制算法的MATLAB 仿真 PID 控制的原理 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 控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、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。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。 一、 题目:用增量式PID 控制传递函数为G(s)的被控对象 G (s )=5/(s^2+2s+10), 用增量式PID 控制算法编写仿真程序(输入分别为单位阶跃、正弦信号,采样时间为1ms ,控制器输出限幅:[-5,5],仿真曲线包括系统输出及误差曲线,并加上注释、图例)。程序如下 二、 增量式PID 原理 { U(k)= ?u(k)+ U(k-1) 或 { U(k)= ?u(k)+ U(k-1) 注:U(k)才是PID 控制器的输出 三、 分析过程 1、对G(s)进行离散化即进行Z 变换得到Z 传递函数G(Z); 2、分子分母除以z 的最高次数即除以z 的最高次得到; )]}2()1(2)([)()]1()({[)(-+--++ --=?n n n T T n T T n n K n U D I P O εεεεεε)] 2()1(2)([)(i )]1()([)(-+--++--=?n n n Kd n K n n K n U P O εεεεεε

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

实验一 MATLAB 及仿真实验(控制系统的时域分析) 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析,包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性; 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些? 2、 如何判断系统稳定性? 3、 系统的动态性能指标有哪些? 三、实验方法 (一) 四种典型响应 1、 阶跃响应: 阶跃响应常用格式: 1、)(sys step ;其中sys 可以为连续系统,也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ;表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ;表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =;可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应: 脉冲函数在数学上的精确定义:0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为:) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式: ① )(sys impulse ; ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = (二) 分析系统稳定性 有以下三种方法: 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图; 2、 利用tf2zp 求出系统零极点; 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 (三) 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.

基于MATLAB的控制系统仿真

科技信息 1.引言 控制系统仿真是指以控制系统的模型为基础,主要用数学模型代替实际的控制系统,以计算机为工具对控制系统进行实验和研究的一种方法。利用仿真工具对控制系统进行设计与仿真,可以有效地对比各种控制模型与方案,选取并优化相关控制参数,从而对整个控制系统的性能进行优化与提高,尤其是对于一些新型控制理论与算法的研究,进行系统仿真更是必不可少的。因此,控制系统仿真是应用现代科学手段对控制系统进行科学研究的十分重要的手段之一。 M ATLAB 是由美国MathWorks 公司于1984年推出的专门用于科学、 工程计算和系统仿真的优秀的科技应用软件。在其发展的过程中,不断溶入众多领域的一些专业性理论知识,从而出现了功能强大的MATLAB 配套工具箱,如控制系统工具箱(Control System Toolbox )、模糊逻辑工具箱(Fuzzy Logic Toolbox)、神经网络工具箱(Neural Network Tool-box),以及图形化的系统模型设计与仿真环境(SIMULINK)。SIMULINK 工具平台的出现,使得控制系统的设计与仿真变得相当容易和直观,成为众多领域中计算机仿真、计算机辅助设计与分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选应用软件。 2.基于MATLAB 的控制系统仿真过程 控制系统仿真过程一般可以分为以下几个阶段:控制系统数学模型的建立、控制系统仿真模型的建立、控制系统仿真程序的编写和控制系统仿真实验及结果分析。 2.1控制系统数学模型的建立数学模型是计算机仿真的基础,是指描述系统内部各物理量(或变量)之间关系的数学表达式。控制系统的数学模型通常是指动态数学模型,自动控制系统最基本的数学模型是输入输出模型,包括时域的微分方程、复数域的传递函数和频率域中的频率特性。除了输入输出模型之外,表示控制系统的数学模型还有状态空间模型、结构图模型等。 2.2控制系统仿真模型的建立 控制系统通常由多个元部件相互连接而成,其中每个元部件都可以用一组微分方程或传递函数来表示。控制系统仿真模型的建立主要与各子系统的仿真模型的连接方式有关,主要有三种基本互联模型:串联、并联和反馈连接。在实际的控制系统中,常常采用混合联接方式,既有串联、并联,还有反馈连接。 2.3控制系统仿真的实现 M ATLAB 控制系统工具箱提供了大量的命令用于实现控制系统的仿真,包括模型创建命令、模型变换命令、模型简化命令、模型实现命令、模型特性命令、时域响应命令、频域响应命令等,这些命令涵盖了单变量和多变量控制系统分析、设计的各个方面。其输入方法分别为在SIM ULINK 环境下用仿真模块建模和在命令窗口用仿真命令编程两种方法进行仿真,然后运行仿真系统得到单位阶跃响应图,并根据单位阶跃响应图分析控制系统的动态性能指标,从而评价控制系统性能的优劣。 3.基于MATLAB 的控制系统仿真实例例如,一控制系统由5个子系统组成,其组成结构如图1所示。各 子系统的传递函数分别为:G 1(s)=s 2 +5s+12s 2+15s+6;G 2(s)=4(s+6)(s+2)(s+20) ;G 3(s)= 10;G 4 (s)=s+1;H(s)=0.1。 首先,在SIMULINK 环境下建立控制系统仿真模型,即将所需的仿 真模块按题中的要求连接起来,如图2所示, 并按要求设置好相应的参数,然后运行仿真得到单位阶跃响应图如图3所示。 图1控制系统的结构图 图2控制系统的仿真模型 图3控制系统的阶跃响应 从控制系统的单位阶跃响应曲线可以看出,其超调量为0.32s ,峰值时间为0.8s ,调节时间为3.2s 。 4.结束语 通过M ATLAB 的动态仿真工具箱SIMULINK ,可以方便、快捷地构造各种控制系统的仿真模型,并能直观地观察到其控制性能,是控制系统优化设计的有力工具。 参考文献[1]曹志国,廉小亲.基于MATLAB 的两种模糊控制系统的仿真方法[J ].计算机仿真,2004(3):41-44 [2]张葛祥,李娜.MATLAB 仿真技术与应用[M ].北京:清华大学出版社,2003 [3]来长胜,陈凤兰.基于MATLAB 的控制系统仿真教学研究[J ].机械工程与自动化,2010(2):189-190 [4]黄伟忠.单级倒立摆FUZZY-PD 控制系统的建模与仿真[J ].计算机应用技术,2009(2):40-43 基金项目:本文系海南省教育厅高等学校科学研究项目(Hj2009-134),琼州学院青年教师科研基金项目(QY200913)。 作者简介:孙志雄(1974-),男,副教授,主要研究方向为电子与通信技术。林雄(1962-),男,教授,主要研究方向为神经网络和模糊系统。 基于MATLAB 的控制系统仿真 琼州学院电子信息工程学院 孙志雄 林雄 [摘要]本文介绍了MATLAB 语言和控制系统工具箱(Control System Toolbox )以及如何在SIMULINK 环境下构造控制系统的仿 真模型,并通过实例介绍了控制系统仿真的过程。[关键词]控制系统MATLAB 仿真博士·专家论坛 429——

题目Buck电路的设计与仿真

题目:Buck 电路的设计与仿真 1、Buck 电路设计: 设计一降压变换器,输入电压为20V ,输出电压5V ,要求纹波电压为输出电压的0.5%,负载电阻10欧姆,求工作频率分别为10kHz 和50kHz 时所需的电感、电容。比较说明不同开关频率下,无源器件的选择。 解:(1)工作频率为10kHz 时, A.主开关管可使用MOSFET ,开关频率为10kHz ; B.输入20V ,输出5V ,可确定占空比Dc=25%; C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.310000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值,L>c L 则电感电流连续,实际电感值可选为1.2倍的临界电感,可选择为H 4105.4-?; D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=2008)1(s c T U L D U C 2410000 15005.0105.48)25.01(5?????-?-=F 41017.4-? (2)工作频率为50kHz 时, A.主开关管可使用MOSFET ,开关频率为50kHz ; B.输入20V ,输出5V ,可确定占空比Dc=25%; C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.050000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值,L>Lc 则电感电流连续,实际电感值可选为1.2倍的临界电感,可选择为H 4109.0-?; D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=2008)1(s c T U L D U C 2450000 15005.0109.08)25.01(5?????-?-=F 410833.0-? 分析: 在其他条件不变的情况下,若开关频率提高n 倍,则电感值减小为1/n ,电容值也减小到1/n 。从上面推导中也得出这个结论。 2、Buck 电路仿真: 利用simpowersystems 中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。输入电压为20V 的直流电压源,开关管选MOSFET 模块(参数默认),用Pulse Generator 模块产生脉冲驱动开关管。分别做两种开关频率下的仿真。 (一)开关频率为10Hz 时; (1)使用理论计算的占空比,记录直流电压波形,计算稳态直流电压值,计算稳态直流纹波电压,并与理论公式比较,验证设计指标。 由第一步理论计算得占空比Dc=25%; 实验仿真模型如下所示(稳态直流电压值为4.299V ):

基于MATLAB的过程控制

摘要 水箱和换热器是过程控制中的典型对象,本设计主要以水箱液位控制系统和换热器温度控制系统为例,通过建立数学模型,确定对象的传递函数。利用Matlab的Simulink 软件包对系统进行了仿真研究,并对仿真结果进行了深入的分析。 在水箱液位控制系统中,通过建立数学模型以及实验中对实验数据的分析,分别确定了单容、双容、三容水箱对象的传递函数。在simulink软件包中建立了各系统的仿真模型。通过对仿真曲线的研究,分析了控制器参数对系统过渡过程的影响。 在换热器温度控制系统中,根据自动控制系统工艺过程,利用降阶法确定了对象的传递函数。在软件包Simulink中搭建了单回路、串级、前馈—反馈控制系统模型,分别采用常规的PID、实际PID和Smith预估器对系统进行了仿真研究,通过仿真曲线的比较,分析了各种控制系统的特点。 关键词:过程控制;MATLAB;仿真;水箱;换热器

Simulation and Research of Process Contro1 System Based on MATLAB Abstract Water tank and Heat exchanger are typical object in the process control in the design,The control system of tank level and heat interchange is used as an example.The transfer function object is defined by setting up the mathematical model.I carry on simulation research on the system by using Matlab’s simulink simulation.and deeply analyze the result of the simulation. In the system, which control the level of the tank. The transfer function of a single-tank, double-tank, three-tank is defined by setting up mathematical model and analyzing date. Simulation model of all system set up simulink simulation. The effect that controller parameter composes on the system is analyzed through the research on the simulation cuvers. In the control system of heat inter change. The design uses reduction method and defines the transfer function of the object.according to the technical process in the automatic system.The control system model of single loop, cascade, feed forward-feedback is established. Simulation research on there system is carried on through using conventional PID, the actual PID and Smith predictor , While the characteristics those control system are compared. Key words: Process Control; Matlab;Simulation; Water tanks; Heat exchanger

multisimbuck电路仿真设计

第一章概述 1.1 直流―直流变换的分类 直流—直流变换器(DC-DC)是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为?48V,由于在通信系统中仍存在?24V(通信设备)及+12V、+5V(集成电路)的工作电源,因此,有必要将?48V基础电源通过直流—直流变换器变换到相应电压种类的直流电源,以供实际使用。D C/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。主要有 (1)Buck电路——降压斩波,其输出平均电压小于输入电压,极性相同。 (2)Boost电路——升压斩波,其输出平均电压大于输入电压,极性相同。 (3)Buck-Boost电路——降压―升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,电感传输。 (4)Cuk电路——降压或升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,电容传输。 此外还有Sepic、Zeta电路。 1.2 直流—直流变换器的发展 当今软开关技术的发展使得DC/DC发生了质的飞跃,美国VICOR公司(美国怀格公司,国际知名的电源模块生产厂家)设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器,其最大输出功率有300W、600W、800W等,相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3,效率为(80~90)%。日本NEMIC—LAMBDA(联美兰达,日本的开关电源厂商.2012年兰达被TDK收购,名称也改为TDK-LAMBDA)公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列,其开关频率为(200~300)kHz,功率密度已达到27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%。

基于MATLAB的PID控制器参数整定及仿真

基于MATLAB的PID控制器参数整定及仿真 摘要: PID控制器结构和算法简单应用广泛,但参数整定方法复杂,通常用 凑试法来确定。文中探讨利用MATLAB实现PID参数整定及仿真的方法,并分析、比较比例控制、比例积分控制和比例微分控制,探讨了Kp, Ti, Td 3个参数对PID 控制规律的影响。 关镇词: MATLAB ; PID控制器;参数整定;仿真 Parameter tuning and emulation of PID controller based on MATLAB Ahstratct; The control structure and algorithm of PID is easy and widely applicable,but its setting meth-ods of parameter are multifarious. Generally utilize guessing and trying to fix. This artical is convenient to tune PID parameters and emulate through MATLAB experiment. Analyze and compare the proportion control, the proportion integral control and the proportion differential control. Discuss the influence of three parameters KP ,Ti and Td to the PID control rules. Key words ; MATLAB;PID controller; parameter tuning; emulation 引言 PID控制器又称为PID调节器,是按偏差的比例P( Proportional )、积分I(Integxal)、微分D ( Differential orDerivative)进行控制的调节器的简称,它主要针对控制对象来进行参数调节。PID控制器问世至今,控制理论的发展经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论3个阶段。在工业控制系统和工程实践中,传统的PID控制策略依然被广泛采用。因为它算法简单、稳定性好、工作可靠、鲁棒性好,在工程上易于实现。但PID控制器的参数整定方法复杂,通常采用PID归一参数整定法和试凑法来确定,费时、费力,且不能得到最优的整定参数。针对这一问题,文中探讨用MATLAB实现PID参数整定及仿真的方法及控制参数对PTD控制规律的影响。利用MATLAB强大的计算仿真能力,解决了利用试凑法来整定参数十分浩繁的工作,可以方便、快速地找到使系统达到满意性能指标的参数。 PID控制器的原理与算法 当被控对象的结构和参数不能被完全掌握,或得不到精确的数学模型时,应用PID控制技术最为方便。PID控制器就是根据设定值与实际值的误差,利用比例(P)、积分(I)、微分(D)等基本控制规律,或者把它们 适当配合形成有PI , PD和PID等的复合控制规律,使控制系统满足性能指标要求。 控制系统大多都有储能元件,这就使系统对外界的响应有一定的惯性,且能量和信息在传输和转化的过 程中,由于管道、距离等原因也会造成时间上的延迟,所以,按偏差进行比例调

MATLAB控制系统与仿真设计

MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院(系):电气与控制工程学院 专业班级:测控技术与仪器1301班 姓名:吴凯 学号:1306070127

指导教师:杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法,大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器(亦称调节器)及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器,若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中,参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展,对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件,例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法,线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法,设计一个温控系统的PID控制器,并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词:PID参数整定;PID控制器;MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid

Buck电路设计与MATLAB仿真

Buck电路设计与仿真 姓名:朱龙胜 班级:电气1102 学号:11291065 日期:2014年5月10日 指导老师:郭希铮 北京交通大学

计算机仿真技术作业四 题目:Buck 电路的设计与仿真 1、Buck 电路设计: 设计一降压变换器,输入电压为20V ,输出电压5V ,要求纹波电压为输出电压的0.5%,负载电阻10欧姆,求工作频率分别为10kHz 和50kHz 时所需的电感、电容。比较说明不同开关频率下,无源器件的选择。 2、Buck 电路理论计算: 由以下公式计算: 20.252.0.5A (1) 3.5% 8() 4.2o d o o o s o s d o LB OB V D V V I R V T D V LC DT V V I I L = == =?-==-== 1.占空比: 负载电流: 纹波电压: 电流连续条件: 得到下列计算结果 3、Buck 电路仿真: 利用simpowersystems 中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。输入电压为20V 的直流电压源,开关管选MOSFET 模块(参数默认),用Pulse Generator 模块产生脉冲驱动开关管。分别做两种开关频率下的仿真。 (1)使用理论计算的占空比(D=0.25),记录直流电压波形,计算稳态直流电压值,计算稳态直流纹波电压,并与理论公式比较,验证设计指标。 4、仿真过程:: A .建立模型: 建立仿真模型如下如所示 :

B. 记录数据: 仿真算法选择ode23tb,最大步长为0.1s ,占空比D=0.25进行仿真,记录数据如下表所 C .仿真过程: 当f s =10KHz,L=0.375mH C=500μF, 占空比D=0.25,电流连续的临界状态时,记录稳态直流电压值V o =4.736V ,稳态直流电压理论值5V 计算稳态直流纹波电压的理论值 2(1D)0.025V 8s o o T V V CL -?==,通过图中得到直流纹波电压为0.0267V 当fs=10KHz,L=0.375mH, C=500μF,占空比D=0.25,电流连续的临界状态时, 由(1)o S L V D T I L -?= ,得电感电流波动理论值是1A ,由图像得到电感电流波动值是 1A ,与理论计算相符合

数字PID控制器的MATLAB仿真

数字PID控制器的MATLAB仿真 江苏科技大学 电子信息学院 实验报告 评定成绩指导教师实验课程:计算机控制技术 宋英磊实验名称:数字PID控制器的MATLAB仿真 学号: 1345733203 姓名: 胡文千班级: 13457332 完成日期: 2015年 11 月16日 一、实验目的 (1)掌握用SIMULINK对系统进行仿真的基本方法。 (2)对PID数字控制器进行仿真。 二、实验内容 1、基本的PID控制 在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是PID控制。模拟PID控制系统原理 框图如图1-1所示。 比例y(t)r(t)+e(t)u(t)微分被控对象 +-积分 图1-1 模拟PID控制系统原理框图 PID控制规律为: t,,1de(t),,u(t),ke(t),e(t)dt,T pD,,,0TdtI,, ,,()1Us,,()1Gs,,k,,Ts或写成传递函数的形式 pD,,E(s)TsI,,

133仿真1 以二阶线性传递函数为被控对象,进行模拟PID控制。输入信号 2s,25s k,60,k,1,k,3,仿真时取,采用ODE45迭代方法,仿真时间 r(t),sin(2,*0.2t)pid 10s。 仿真方法:在Simulink下进行仿真,PID控制由Simulink Extras节点中的PID Controller 提供。 仿真程序:ex1_1.mdl,如图1-2所示。 图1-2 连续系统PID的Simulink仿真程序 将该连续系统的模拟PID控制正弦响应结果截图后至于下面的空白处: 连续系统的模拟PID控制正弦响应如图1-3所示。

图1-3 连续系统的模拟PID控制正弦响应 2、连续系统的数字PID控制仿真 计算机控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此 连续PID控制算法不能直接使用,需要采用离散化方法。在计算机PID控制中,使 用的是数字PID控制器。 按模拟PID控制算法,以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t,以矩形法数 值积分近似代替积分,以一阶后向差分近似代替微分,可得离散PID位置式表达式: k,,TTD,,ukkekejekek(),(),(),((),(,1)),p,,TT,0jI,, kekek(),(,1)kekkejTk,(),(),,pidT,0j kpk,,k,kT式中,,e为误差信号(即PID控制器的输入),u为控制信号(即控 制idpDTI 器的输出)。 在仿真过程中,可根据实际情况,对控制器的输出进行限幅。连续系统的数字PID控制 可实现D/A及A/D的功能,符合数字实时控制的真实情况,计算机及DSP的实 时PID控制 都属于这种情况。 1Gs, 仿真2 设被控对象为一个电机模型传递函数,式中J=0.0067,B=0.1。输()2Js,Bs入信号为,采用PID控制,其中。采用ODE45方法求解连 k,20,k,0.50.5sin(2,t)pd续被控对象方程。 2dydyYs()1仿真方法: 因为,所以J,B,u,另Gs,,()22dtdtUsJs,Bs() ,y,y,,12,,则,因此连续对象微分方程函数ex3f.m如下 y1,y,y2,y,, y2,,(B/J)y,(1/J)*u,2, function dy = ex3f(t,y,flag,para)

某温度控制系统的MATLAB仿真

课程设计报告 题目某温度控制系统的MATLAB仿真(题目C)

过程控制课程设计任务书 题目C :某温度控制系统的MATLAB 仿真 一、 系统概况: 设某温度控制系统方块图如图: 图中G c (s)、G v (s)、G o (s)、G m (s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器的传递函数;,且电动温度变送器测量范围(量程)为50~100O C 、输出信号为4~20mA 。G f (s)为干扰通道的传递函数。 二、系统参数 二、 要求: 1、分别建立仿真结构图,进行以下仿真,并求出主要性能指标: (1)控制器为比例控制,其比例度分别为δ=10%、20%、50%、100%、200%时,系统广义对象输出z(t)的过渡过程; (2)控制器为比例积分控制,其比例度δ=20%,积分时间分别为T I =1min 、3min 、5min 、10min 时,z(t)的过渡过程; 0m v o 0f o o =5min =2.5min =1.5(kg/min)/mA =5.4C/(kg/min) =0.8 C C T T K K K x(t)=80f(t)=10; ;;; ;给定值; 阶跃扰动

(3)控制器为比例积分微分控制,其比例度δ=10%,积分时间T I=5min,微分时间T D = 0.2min时,z(t)的过渡过程。 2、对以上仿真结果进行分析比对,得出结论。 3、撰写设计报告。 注:调节器比例带δ的说明 比例控制规律的输出p(t)与输入偏差信号e(t)之间的关系为 式中,K c叫作控制器的比例系数。 在过程控制仪表中,一般用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。比例度δ定义为 式中,(z max-z min)为控制器输入信号的变化范围,即量程;(p max-p min)为控制器输出信号的变化范围。 = c p(t)K e(t) max min ( ) =100% ) max min e z z p(p-p δ - ?

基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例最新毕业论文

(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!) 武汉科技大学 智能控制系统 学院:信息科学与工程学院 专业:控制理论与控制工程 学号: 姓名:李倩

基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例 摘要 现代控制系统,规模越来越大,系统越来越复杂,用传统的控制理论方法己不能满控制的要求。智能控制是在经典控制理论和现代控制理论的基础上发展起来的,是控制理论、人工智能和计算机科学相结合的产物。MATLAB是现今流行的一种高性能数值计算和图形显示的科学和工程计算软件。本文首先介绍了智能控制的一些基本理论知识,在这些理论知识的基础之上通过列举倒立摆控制的具体实例,结合matlab对智能控制技术进行了深入的研究。 第一章引言 自动控制就是在没有人直接参与的条件下,利用控制器使被控对象(如机器、设备和生产过程)的某些物理量能自动地按照预定的规律变化。它是介于许多学科之间的综合应用学科,物理学、数学、力学、电子学、生物学等是该学科的重要基础。自动控制系统的实例最早出现于美国,用于工厂的生产过程控制。美国数学家维纳在20世纪40年代创立了“控制论”。伴随着计算机出现,自动控制系统的研究和使用获得了很快的发展。在控制技术发展的过程中,待求解的控制问题变得越来越复杂,控制品质要求越来越高。这就要求必须分析和设计相应越来越复杂的控制系统。智能控制系统(ICS)是复杂性急剧增加了的控制系统。它是由控制问题的复杂性急剧增加而带来的结果,其采用了当今其他学科的一些先进研究成果,其根本目的在于求解复杂的控制问题。近年来,ICS引起了人们广泛的兴趣,它体现了众多学科前沿研究的高度交叉和综合。 作为一个复杂的智能计算机控制系统,在其建立投入使用前,必要首先进行仿真实验和分析。计算机仿真(Compeer Simulation)又称计算机模拟(Computer Analogy)或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在计算机上对该仿真模型

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

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 1、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 rr C L N 0.2V 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 =25mΩ,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: L in o L D on V 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 。利用ON OFF S 1T T f +=,可得T ON =3.73μS ,将此值回代式(5),可得L =17.5μH

PID控制算法的matlab仿真

PID 控制算法的matlab 仿真 PID 控制算法就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 控制器参数的设置就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与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 s f Ke G s T s τ-= + 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。 图1 2 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,合理设置控制参数就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与实验整定法两类,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 与振荡周期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 k K 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 ==== 0.0053.57 p s i i p d d s K 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。 01002003004005006007008009001000 0.20.40.60.811.21.41.6 1.8 图2 由响应曲线可知,此时系统虽然稳定,但就是暂态性能较差,超调量过大,且响应曲线不平滑。根据以下原则对控制器参数进行调整以改善系统的暂态过程: 1) 通过减小采样周期,使响应曲线平滑。 2) 减小采样周期后,通过增大积分时间常数来保证系统稳定。 3) 减小比例系数与微分时间常数,以减小系统的超调。 改变控制器参数后得到系统的阶跃响应曲线如图3所示,系统的暂态性能得到明显改善、

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