数字式开关电源的PID控制

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数字pid控制原理

数字pid控制原理

数字pid控制原理
数字PID控制原理数字PID控制是现代工业控制中常用的一种控制方法,它结合了比例、积分和微分三个控制器,对系统进行精确调节和稳定控制。

数字PID控制原理的核心在于通过计算机或微处理器实现对控制系统的精确控制。

比例控制器根据输入信号与设定值的差异,产生一个与误差成正比的输出信号。

这样可以快速响应系统变化,并通过增大或减小输出信号来实现对系统的调节。

积分控制器根据误差的积分值产生输出信号。

这个信号可以消除系统的稳态误差,使系统更加稳定。

积分控制器的作用是根据误差的累积值来进行补偿,以实现系统的精确调节。

微分控制器根据误差变化的速率产生输出信号。

这个信号可以抑制系统的振荡和快速变化,使系统更加平稳。

微分控制器的作用是根据误差的变化速率来进行补偿,以实现系统的稳定控制。

数字PID控制的优势在于它可以通过计算机或微处理器进行实时计算和调节,具有快速响应、精确控制和稳定性好的特点。

它广泛应用于工业生产中的温度、压力、流量等参数的控制,提高了生产效率和产品质量。

数字PID控制原理是一种高效、精确的控制方法,通过比例、积分和微分三个控制器的组合,实现对系统的精确调节和稳定控制。

它的应用范围广泛,对于提高工业生产效率和产品质量具有重要意义。

开关电源.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计

开关电源.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计

.专业资料分享.目录第一章绪论 (1)1.引言 (1)第二章实验目的 (2)第三章实验要求 (3)3.1设计指标 (3)3.2 Buck主电路的参数设计 (3)3.3用Matla软件参数扫描法计算 (4)3.4原始系统的设计 (6)3.5补偿网络的设计 (8)3.6总电路图的仿真 (12)第四章心得体会 ..................................................................................................................... . (14)第一章绪论1.引言现代自动化控制中,参数的自动控制占有很大的比例,这些控制多采用P、I、D的组合通常情况下,对系统的动态过程利用微分方程经拉普拉斯变换导出时间函数,可得到输出量的时间函数,但要得到系统的动态响应曲线,其计算量庞大。

因而在一般情况下对控制结果很难得到精确的预见。

矩阵实验室(Matrix laboratory,MATLAB)软件是一个适用于科学计算和工程应用的数学软件系统,历尽20多年的发展,现已是IEEE组织认可的最优化的科技应用软件。

该软件有以下特点:数值运算功能强大;编程环境简单;数据可视化功能强;丰富的程序工具箱;可扩展性能强等。

开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,开关电源比普通线性电源体积小,轻便化,更便于携带。

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。

本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。

数字PID控制

数字PID控制
数字PID控制
计算机术语
目录
01 PID控制原理及实现 算法
02 PID控制器的组成
03 的分类
04 采样周期的选取
05 参数的整定
基本信息
自从计算机和各类微控制器芯片进入控制领域以来,用计算机或微控制器芯片取代模拟 PID控制电路组成控 制系统,不仅可以用软件实现 PID控制算法,而且可以利用计算机和微控制器芯片的逻辑功能,使 PID控制更加 灵活。将模拟PID控制规律进行适当变换后,以微控制器或计算机为运算核心,利用软件程序来实现 PID控制和 校正,就是数字(软件)PID控制。
PID控制器的组成
PID控制器的组成
PID控制器如图2中虚线框中所示,一共组合了三种基本控制环节:比例控制环节Kp,积分控制环节Ki/s和 微分控制环节Kds。控制器工作时,将误差信号的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量, 对被控对像进行控制,故称PID控制器。
这三种基本控制环节各具特点:
(3)计算机的成本:计算机成本也希望采样周期长些,这样计算机的运算速度和采集数据的速率也可降低, 从而降低硬件成本。
采样周期的选取还应考虑被控制对象的时间常数Tp和纯延迟时间τ,当τ= 0或τ<0. 5Tp时,可选T介于0. 1Tp至0. 2Tp之间;当τ>0. 5Tp时,可选T等于或接近τ。
参数的整定
PID控制原理及实现算法
PID控制原理及实现算法
图1典型控制系统一个典型控制系统的基本结构包括输入、采样、控制器、被控对象和输出,如图1所示。
其中R(t)为输入给定值,C(t)为实际输出值,e(t)为偏差信号,并且该控制偏差由输入给定值与实际输出 值构成,即e(t)=R(t)- C(t)。

模糊PID算法在开关电源中的实现方法

模糊PID算法在开关电源中的实现方法

模糊PID算法在开关电源中的设计及仿真1 引言开关电源是采用开关方式控制的直流稳压电源。

因为它体积小、重量轻、效率高等诸多优点被广泛应用于电子设备当中[1]。

随着计算机技术与集成电路技术的发展,以数字芯片为载体的数字控制技术在各个领域发挥出越来越重要的作用。

在开关电源领域,数字控制与传统模拟控制相比,具有诸多优势:避免模拟信号传递失真,降低杂散信号干扰,实现数字通信,便于运用先进控制方法等[2]。

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。

近来发展起来的Fuzzy 控制是一种仿人智能控制法, 它不依赖被控对象的数学模型, 便于利用人的经验知识实行控制, 这对于一些复杂可变的或结构不确定难以用准确的数学模型描述的系统而言是非常适宜的, 具有较强的鲁棒性[3], 特别是对于无法确定的复杂对象具有较好的控制性能。

由于模糊PID算法在开关电源的设计中具有不可比拟的优越性,本文将对模糊PID算法在开关电源中的实现方法进行详细介绍。

2 模糊PID算法介绍2.1 模糊控制器模糊控制器(FC-Fuzzy Controller )也称为模糊逻辑控制器(FLC-Fuzzy Logic Con2troller ),由于其所采用的模糊控制规则是由模糊理论中模糊条件语句来描述的,因此,模糊控制器是一种语言型控制器,故也称为模糊语言控制器(FLC-Fuzzy Language Controller )。

模糊控制器的组成框图如图2—1所示。

它包括有:输入量模糊化接口、数据库、规则库、推理机和输出解模糊接口5个部分。

图2-1 模糊控制器的组成模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于模糊控制输出的求解,因此它实际上是模糊控制器的输入接口。

它的主要作用是将真实的确定量输入转换成一个模糊矢量。

基于PID控制的DC-DC升压开关电源设计

基于PID控制的DC-DC升压开关电源设计

基于PID控制的DC-DC升压开关电源专业:电子信息科学与技术班级: 0310412班学号: **********名:***一、设计要求本课程要求设计一个基于PID控制的DC-DC升压开关电源,输入低压直流信号,输出为高压直流信号。

设计要求:1、输入1.5V直流,输出5~12V、30mA直流2、在额定负载情况下,纹波的峰-峰值<=30mV3、应用PID控制程序二、设计方案1、理论基础The boost converter,是一种开关直流升压电路,它可以是输出电压比输入电压高。

在充电过程中,开关闭合(三极管导通),等效电路如图二,开关(三极管)处用导线代替。

这时,输入电压流过电感。

二极管防止电容对地放电。

由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。

随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。

当开关断开(三极管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。

而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。

升压完毕。

说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。

充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。

如果电容量足够大,那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。

如果这个通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

2、实际方案本课题采用驱动式开关升压方式,主要利用电容和电感的储能特性实现。

具体可以分为以下几个部分。

第一个是振源,因为是开关电路,所以需要利用高频的方波信号实现三极管的导通与截止。

然后的主放大电路用来给负载端升压,需要一个三极管和一个电感,利用电感的储能实现直流信号的输出。

由于在开关闭合的瞬间,电感上会产生巨大的瞬时电压,而且电感的充电与放电是交替进行的,所以输出不可能是一个单纯的直流信号,那么就需要一个滤波电路把交流信号滤除。

基于某PID控制方式的9A开关电源Multisim

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。

详细讲解PID控制

详细讲解PID控制

详细讲解PID控制PID的数学模型在工业应用中PID及其衍生算法是应用最广泛的算法之一,是当之无愧的万能算法,如果能够熟练掌握PID算法的设计与实现过程,对于一般的研发人员来讲,应该是足够应对一般研发问题了,而难能可贵的是,在很多控制算法当中,PID控制算法又是最简单,最能体现反馈思想的控制算法,可谓经典中的经典。

经典的未必是复杂的,经典的东西常常是简单的,而且是最简单的。

PID算法的一般形式:PID算法通过误差信号控制被控量,而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。

这里我们规定(在t时刻):1.输入量为2.输出量为3.偏差量为PID算法的数字离散化假设采样间隔为T,则在第K个T时刻:偏差=积分环节用加和的形式表示,即微分环节用斜率的形式表示,即PID算法离散化后的式子:则可表示成为:其中式中:比例参数:控制器的输出与输入偏差值成比例关系。

系统一旦出现偏差,比例调节立即产生调节作用以减少偏差。

特点:过程简单快速、比例作用大,可以加快调节,减小误差;但是使系统稳定性下降,造成不稳定,有余差。

积分参数:积分环节主要是用来消除静差,所谓静差,就是系统稳定后输出值和设定值之间的差值,积分环节实际上就是偏差累计的过程,把累计的误差加到原有系统上以抵消系统造成的静差。

微分参数:微分信号则反应了偏差信号的变化规律,或者说是变化趋势,根据偏差信号的变化趋势来进行超前调节,从而增加了系统的快速性。

PID的基本离散表示形式如上。

目前的这种表述形式属于位置型PID,另外一种表述方式为增量式PID,由上述表达式可以轻易得到:那么:上式就是离散化PID的增量式表示方式,由公式可以看出,增量式的表达结果和最近三次的偏差有关,这样就大大提高了系统的稳定性。

需要注意的是最终的输出结果应该为:输出量 =+ 增量调节值目的PID 的重要性应该无需多说了,这个控制领域的应用最广泛的算法了.本篇文章的目的是希望通过一个例子展示算法过程,并解释以下概念:(1)简单描述何为PID, 为何需要PID,PID 能达到什么作用。

第三章数字PID控制算法

第三章数字PID控制算法

第三章数字PID控制算法
数字PID控制算法是一种基于数字信号处理技术的PID控制算法。


将传统的模拟PID控制算法转化为数字形式,通过采样、离散化和数值运
算等过程实现控制系统的自动调节。

数字PID控制算法主要包括以下几个步骤:
1.信号采样:通过模数转换器将被控系统的输出信号转化为数字信号,以便进行后续的离散化处理。

2.离散化:将连续时间域的PID控制算法转化为离散时间域的算法。

通常采用离散化的方法有Z变换法、欧拉法等。

3.数值运算:根据离散化得到的差分方程,通过数值运算得到当前时
刻的控制量。

常用的数值运算方法有增量式PID算法、位置式PID算法等。

4.输出控制信号:根据计算得到的控制量,通过数字信号处理器将其
转化为模拟信号,作为控制器的输出信号,控制被控对象。

数字PID控制算法相对于模拟PID控制算法具有以下优点:
1.精度高:数字PID控制算法通过离散化处理可以实现更精确的控制,提高控制系统的响应速度和稳定性。

2.灵活性强:数字PID控制算法可以通过调节离散参数来实现不同的
控制效果,适应不同的被控对象和控制要求。

3.可编程性好:数字PID控制算法可以通过编程的方式实现,便于调
试和修改,提高系统的可维护性和可扩展性。

数字PID控制算法在工业控制、自动化设备、机器人等领域得到广泛应用,并且随着数字信号处理技术的不断发展,数字PID控制算法也在不断优化和改进,为实现更高效、精确的控制提供了强大的工具。

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/开关电源的数字化控制 /
/所用拓扑为Buck,单片机msp430/
/PID算法实现开关电源的恒流、恒压、恒功率功能/
/糖coffeeuestc/
/
Part 1
/
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include ""
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void main void
{
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
init_clk;
init_lcd;
GUI_CU;
init_ADC12;
init_TA;
init_TB;
initKey;
_EINT;
while1
{
KeyScan;
ifMode==0 ;PutDigiU%10;PutDigfU/10;;PutDigiI%10;PutDigfI/10;;PutD igfP/10;PutDigfP%10;
}
/处理电压PWM/
void deal_U
{
ifUout>Us100+25||Uout+25<100Us ;PutDigfUs;
}
/显示设置电流/
void DisplaySetI
{
unsigned char iIs,fIs;
iIs = Is/10; fIs = Is%10;
Set_cursor0,3;
PutcLCD'0';PutDigiIs;PutcLCD'.';PutDigfIs;
}
/显示设置功率/
void DisplaySetP
{
unsigned char iPs,fPs;
iPs = Ps/10; fPs = Ps%10;
Set_cursor0,3;
PutDigiPs/10;PutDigiPs%10;PutcLCD'.';PutDigfPs; }
/键盘初始化/
void initKey
{
KeyDIR &= ~Inc + Dec + MOD + ADD + PLU;
}
/键盘检测/
void KeyScan
{
ifKeyIN = 0x1f
{
Delay100;
ifKeyIN = 0x1f
{
unsigned char KeyTemp = KeyIN;
whileKeyIN = 0x1f; //等待按键松开 switchKeyTemp
{
case 0x1e:{
ifMode==0 {Us+=1;}
else ifMode==1 {Is+=1;} else {Ps+=5;}
}break; //+
case 0x1d:{
ifMode==0 {Us-=1;}
else ifMode==1 {Is-=1;} else {Ps-=5;}
}break; //-
case 0x1b:{
Mode++;ifMode>2Mode=0;
ifMode==0 {Us = 10;GUI_CU;}
else ifMode==1 {Is = 10;GUI_CC;} else {Ps = 10; GUI_CP;}
}break; //mod
case 0x17:{
ifMode==0 {Us+=5;}
else ifMode==1 {Is+=2;}
else {Ps+=10;}
}break; //++
case 0x0f:{
ifMode==0 {Us-=5;}
else ifMode==1 {Is-=2;}
else {Ps-=10;}
}break; //--
}
}
}
}
endif
/
Part init Headfile
/
ifndef __init
define __init
/初始化时钟/
void init_clk
{
FLL_CTL0 |= XCAP18PF; // Set load capacitance
FLL_CTL1 &= ~XT2OFF; // Turn on XT2
do
{
IFG1 &= ~OFIFG; // Clear oscillator fault flag
for unsigned int i = 1000; i; i--;
}
while IFG1 & OFIFG; // Test osc fault flag
FLL_CTL1 = SELS; // Select SMCLK source as XT2CLK
}
/初始化AD,计算输出/
void init_ADC12
{
P6SEL = 0x03; // Enable A/D channel inputs
ADC12CTL0 = ADC12ON + MSC + SHT0_8 + REFON + REF2_5V; //Turn on ADC12,set sampling time
ADC12CTL1 = SHP + ADC12SSEL_1 + CONSEQ_1; // Use sampling timer 序列单次
ADC12MCTL0 = INCH_0 + SREF_1;
ADC12MCTL1 = INCH_1 + SREF_1 + EOS;
ADC12CTL0 |= ENC;
}
/初始化TA,采样周期/
void init_TA
{
TACTL = TASSEL_2 + TACLR; // sMCLK, clear TAR
CCTL0 = CCIE; // CCR0 interrupt enabled
CCR0 = 800;
TACTL |= MC_1; // Start Timer_A in UP mode
}
/初始化TB,驱动信号/
void init_TB
{
TBCTL |= TBSSEL_2 + TBCLR + MC_1 + ID_0; // SCLK, Clear Tar TBCCR0 = 400; // PWM = 20K
TBCCTL2 = OUTMOD_7;
TBCCR2 = 200; // CCR2 PWM duty cycle
P2DIR |= BIT3; // output
P2SEL |= BIT3; // TA1 otion }
pragma vector=TIMERA0_VECTOR
__interrupt void Timer_A void
{
ADC12CTL0 |= ADC12SC;
}
endif。

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