基于PI控制方式的7A开关电源的MATLAB仿真
开关电源《基于MatlabSimulink的BOOST电路仿真》
开关电源《基于MatlabSimulink的BOOST电路仿真》基于Matlab/Simulink的BOOST电路仿真姓名:学号:班级:时间:2010年12月7日1 引言BOOST 电路又称为升压型电路, 是一种直流- 直流变换电路, 其电路结构如图1 所示。
此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。
对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解, 然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程的分析, 而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程, 不利于读者理解电路的整个工作过程和升压原理。
采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOO ST 电路的工作特性。
图1 BOO ST 电路的结构2 电路的工作状态BOO ST 电路的工作模式分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。
其中电流连续模式的电路工作状态如图2 (a) 和图2 (b) 所示, 电流断续模式的电路工作状态如图2 (a)、(b)、(c) 所示, 两种工作模式的前两个工作状态相同, 电流断续型模式比电流连续型模式多出一个电感电流为零的工作状态。
(a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断)(c) 开关状态3 (电感电流为零)图2 BOO ST 电路的工作状态3 matlab仿真分析matlab 是一种功能强大的仿真软件, 它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出, 无论对哪种器件和哪种电路进行仿真, 均可以得到精确的仿真结果。
本文应用基于matlab软件对BOO ST 电路仿真, 仿真图如图3 所示, 其中IGBT作为开关, 以脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真图2 中开关S的通断过程。
学生--PID控制MATLAB仿真实验
计算机控制技术实验指导书（MATLAB版）机电学院杨蜀秦编2012-11-19实验一 连续系统的模拟PID 仿真一、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。
图1-1 模拟PID 控制系统原理框图PID 控制规律为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰dt t de T dt t e T t e k t u DtI p )()(1)()(0或写成传递函数的形式⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++==s T s T k s E s U s G D I p 11)()()( Ex1 以二阶线性传递函数ss 251332+为被控对象，进行模拟PID 控制。
输入信号)2.0*2sin()(t t r π=，仿真时取3,1,60===d i p k k k ，采用ODE45迭代方法，仿真时间10s 。
仿真方法一：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 仿真程序连续系统的模拟PID 控制正弦响应结果如图1-3所示。
图1-3 连续系统的模拟PID 控制正弦响应仿真方法二：在仿真一的基础上，将仿真结果输出到工作空间中，并利用m 文件作图。
仿真程序：ex1_2.mdl ，程序中同时采用了传递函数的另一种表达方式，即状态方程的形式，其中[]0,01,1330,25010==⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=D C B A ，如图1-4所示。
m 文件作图程序：ex1_2plot.mclose all ;plot(t,rin,'k',t,yout,'k'); xlabel('time(s)'); ylabel('r,y');二、线性时变系统的PID 控制 Ex2 设被控对象为Jss Ks G +=2)(，其中)2sin(300400),6sin(1020t K t J ππ+=+=，输入信号为)2sin(5.0t π。
最新基于PI控制方式的1A开关电源MATLAB仿真研究
基于PI控制方式的1A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：目录0 绪论 --------------------------------------------------------------------- 21 设计要求 ----------------------------------------------------------------- 22 主电路参数计算 ----------------------------------------------------------- 22.1 电容参数计算 --------------------------------------------------------- 3 2.2 电感参数计算 --------------------------------------------------------- 33 补偿网络设计 ------------------------------------------------------------- 43.1原始系统的设计 -------------------------------------------------------- 43.2补偿网络相关参数计算 -------------------------------------------------- 54 负载突加突卸 ------------------------------------------------------------- 94.1满载运行 -------------------------------------------------------------- 94.2突加突卸80%负载 ------------------------------------------------------ 114.3 电源扰动20% --------------------------------------------------------- 125 小结 -------------------------------------------------------------------- 13参考文献 ------------------------------------------------------------------ 140 绪论开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。
PID控制和其MATLAB仿真
序号，k=1,2,……,e (k-1)和e (k)分别为第(k-
1)和第k时刻所得旳偏差信号。
1.3.1 位置式PID控制算法
• 位置式PID控制系统
1.3.1 位置式PID控制算法
根据位置式PID控制算法得 到其程序框图。
在仿真过程中，可根据实 际情况，对控制器旳输出 进行限幅：[-10，10]。
• 变速积分旳基本思想是，设法变化积分项旳累加 速度，使其与偏差大小相相应：偏差越大，积分 越慢；反之则越快，有利于提升系统品质。
• 设置系数f(e(k))，它是e(k)旳函数。当 ∣e(k)∣增大时，f减小，反之增大。变速积分 旳PID积分项体现式为：
ui (k )
ki
k
1
e(i)
f
e(k )e(k )T
i0
1.3.8 变速积分算法及仿真
• 系数f与偏差目前值∣e(k)∣旳关系能够是线性 旳或是非线性旳，例如，可设为
1
f
e(k
)
A
e(k A
)
B
0
e(k) B B e(k) A B e(k) A B
1.3.8 变速积分算法及仿真
• 变速积分PID算法为：
u(k)
k
p e(k )
ki
1.3.4 增量式PID控制算法及仿真
• 增量式PID阶跃跟踪成果
1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真
• 在一般PID控制中，引入积分环节旳目旳主要是为了 消除静差，提升控制精度。但在过程旳开启、结束或 大幅度增减设定时，短时间内系统输出有很大旳偏差 ,会造成PID运算旳积分积累，致使控制量超出执行机 构可能允许旳最大动作范围相应旳极限控制量，引起 系统较大旳振荡，这在生产中是绝对不允许旳。
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。
用MATLAB对PID控制做简单的仿真
⽤MATLAB 对PID 控制做简单的仿真PID 控制是⽬前⼯程上应⽤最⼴的⼀种控制⽅法，其结构简单，且不依赖被控对象模型，控制所需的信息量也很少，因⽽易于⼯程实现，同时也可获得较好的控制效果。
PID 控制是将误差信号e(t)的⽐例(P)，积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量进⾏控制，其输出信号为：下⾯⽤MATLAB 软件对PID 控制做简单的仿真描述。
1. 建⽴⼆阶负反馈控制系统，其开环传递函数为：clc; clear all; close all;Go = tf(1,conv([2,1],[5,1]));2. ⽐例控制，输出与输⼊偏差成⽐例，即直接将误差信号放⼤或缩⼩。
⽐例控制的传递函数为：取不同的⽐例系数，绘制系统的单位阶跃响应曲线：Kp = [0.5,2,5,10];for m = 1:4 sys = feedback(Kp(m)*Go,1); step(sys); hold on;end随着K P 值的增⼤，系统响应速度加快，但系统的超调也随着增加，调节时间也随着增长。
当K P 增⼤到⼀定值后，闭环系统将趋于不稳定。
⽐例控制具有抗⼲扰能⼒强、控制及时、过渡时间短的优点，但存在稳态误差，增⼤⽐例系数可提⾼系统的开环增益，减⼩系统的稳态误差，从⽽提⾼系统的控制精度，但这会降低系统的相对稳定性，甚⾄可能造成闭环系统的不稳定，因此，在系统校正和设计中，⽐例控制⼀般不单独使⽤。
3. 微分控制，输出与输⼊偏差的微分成⽐例，即与偏差的变化速度成⽐例。
微分控制（与⽐例控制同时使⽤）的传递函数为：取不同的微分系数，绘制系统的单位阶跃响应曲线：Kp = 10;u(t)=[e(t)+e(t)dt +]K P 1T I ∫t 0T D de(t)dt(s)=G O 1(2s +1)(5s +1)(s)=G C K P(s)=(1+s)G C K P T DTd = [0,0.4,1,4];for m = 1:4 G1 = tf([Kp*Td(m),Kp],[0,1]); sys = feedback(G1*Go,1); step(sys); hold on;end随着T D 值的增⼤，系统超调量逐渐减⼩，动态特征有改善。
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。
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基于PI控制方式的7A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目录0 绪论 --------------------------------------------------------------------- 31 设计要求 ----------------------------------------------------------------- 32 主电路参数计算 ----------------------------------------------------------- 32.1 电容参数计算 --------------------------------------------------------- 42.2 电感参数计算 --------------------------------------------------------- 43 补偿网络设计 ------------------------------------------------------------- 53.1原始系统的设计 -------------------------------------------------------- 53.2补偿网络相关参数计算 -------------------------------------------------- 64 负载突加突卸 ------------------------------------------------------------- 94.1满载运行 -------------------------------------------------------------- 104.2突加突卸80%负载 ------------------------------------------------------ 104.3 电源扰动20% --------------------------------------------------------- 115 小结 -------------------------------------------------------------------- 13参考文献 ------------------------------------------------------------------ 13一、绪论随着电子技术的不断发展对电源的要求也不断的提高，开环的电源应该说早就不能满足要求，无论是在输出参数的精度还是抗干扰能力方面都比不上闭环控制系统。
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。
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。
本文将通过MATLAB 用实例来研究PI 控制器的调节作用。
二、BUCK 总电路设计Buck 变换器最常用的变换器，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。
2.1技术指标输入直流电压(V IN )：10V 输出电压(V O )：5V ； 输出电流(I N )：7A ； 输出电压纹波(Vrr)：50mV ； 基准电压(Vref)：1.5V ； 开关频率(fs)：100kHz 。
2.2主电路参数计算Buck 变换器主电路如图（1）所示，其中Rc 为电容的等效电阻。
图（1）(1)滤波电容参数计算输出纹波电压只与电容C 的大小有关及Rc 有关：Nrr L rr C I Vi V R 2.0Δ==（1）将mv V rr 50=，I N =7A 带入得Ω=35.7m c R ，电解电容生产厂商很少给出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F Ω*μ80~50。
本例中取为F Ω*μ75则：C=2100μF 。
(2)滤波电感参数计算当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式（2）、（3）所示：ONLON L O IN T i L V V V V Δ---= （2） OFFLD L O T i LV V V Δ=++ （3） 假设二极管的通态压降V V D 5.0=，电感中的电阻压降V V L 5.0=，开关管的导通压降V V ON 5.0=。
又因为sON OFF f T T 1=+ （4） 所以由式（2）、（3）、（4）联立可得us T ON 6.5=，并将此值回代式(2)，可得L=17.6uH （此处取18uH ）。
（3）负载电阻计算 Ω714.075===AV I V R N O L 由matlab 仿真，得图2，可知当取H L μ17=时，电感电流在6.2A-7.6A 之间脉动，符合N L I i 2.0≤Δ的要求图（2）三、补偿网络设计3.1原始系统的设计2854107.3105.21101.52s s s×+×+×+=采用小信号模型分析方法得Buck 变换器原始回路增益函数G O (s)为：假设PWM 锯齿波幅值为Vm=1.5V ，采样电阻Rx=3k Ώ，Ry=1.3k Ώ。
采样网络的传递函数为：2866-10696.3110 24.641)05.01050011(103.05.11)(s s s s G O ×+×+××+××=根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图(3)所示，MATLAB 的程序如下：num=[0.000150 2]; den=[0.000000037 0.000025 1];g0=tf(num,den); bode(g0); margin(g0);3.0)(=+=xy y R R R s H图（3）如图所得，该系统相位裕度 40.5度，穿越频率为1.48kHz,所以该传递函数稳定性和快速性均不好。
需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度，增加系统的快速性和稳定性。
3.2补偿网络相关参数计算采用如图（4）所示的PI补偿网络。
PI环节是将偏差的比例（P）、积分(I)环节经过线性组合构成控制量。
称为PI调节器。
这种调节器由于引入了积分环节（I）所以在调节过程中，当输入和负载变化迅速时，此环节基本没有作用，但由于积分环节的引入在经过足够长的时间可以将系统调节到无差状态。
图（4）采样电压为1.5V 则取采样电阻R6、R7分别为3K 和1.3K 。
如图所示我采用的是MATLAB 自带的PI 调节器，查用户手册得到其传递函数为：TSTS Ks Gc 1)(+= 则系统总的传递函数为：Ts1105.2107.31Ts )1s 107.5(2k )(5285）（）（+×+×++×=s s s G 设穿越频率为c ω，则系统的对数幅频特性为：°°×++=90-ωω-1ωωξ2arctan -90-ω10arctan7.5T ωarctan 0)ω(φ2nc nc c 5-c c ）（其中×=8n 107.31ω，振荡阻尼系数n8--5ω2107.3105.2ξ×××= 为了增加系统的快速性，需要提高穿越频率c f ，一般穿越频率以小于1/5s f 较为恰当。
本次取c f =15khz ，则穿越频率rad/s 109.42150003.142f π2ω4c c ×=××==。
将数据代入°°×++=90-ωω-1ωωξ2arctan-90-ω10arctan7.5T ωarctan 0)ω(φ2nc nc c 5-c c ）（得 °°°+×=90-180-81.94T 10arctan9.42)ω(φ4c相位裕度°°×=+=8.06-T 10arctan9.42)ω(φ180γ4c 一般相位裕度为°°55≤γ≤50则 °°×°55≤8.06-T 10arctan9.42≤504 °×°06.63≤1042.9arctan ≤06.584T97.1≤1042.9≤60.14T × 551009.2≤≤1070.1××T取-5102.0T ×=,将K 取不同的值在MATLAB 上仿真得到k=20时较为理想。
则PI 传递函数为：s102.01s 102.020)(55c ×+××=）（s G 绘制PI 传递函数伯德图，程序如下：num=[40e-5 20];den=[2e-5,0]; g=tf(num,den); margin(g)图（5）则系统总的传递函数为：SS S S S G S 5210313328)(102105104.740108.3106×+×+×+×+×=通过matlab 绘制系统伯德图，程序如下：num=[0.000150 2];den=[0.000000037 0.000025 1]; g0=tf(num,den); bode(g0); margin(g0); hold onnum=[40e-5 20]; den=[2e-5,0]; g=tf(num,den); margin(g); hold onnum=[0.00015 2];den=[0.000000037 0.00002 1]; f=tf(num,den); num1=[40e-5 20];den1=[2e-5 0]; g=tf(num1,den1); num2=conv(num,num1); den2=conv(den,den1); margin(num2,den2)总系统伯德图如下图：图（6）由图可以看出矫正后的系统相位裕度7.53，穿越频率为14.7kHz ，系统的的快速性和稳定性都得到改善。