BUCK闭环控制器设计

电力电子系统仿真技术作业二Buck电路闭环控制器设计一、BUCK电路状态平均模型：(1)当开关管S导通，二极管VD关断时，列写状态方程：)(1)(1)(tvLtvLdttdisoL)(1)(1)(tvRCtiCdttdvoLo矩阵形式xCyuBxAxT111ˆ，其中：RCCLA11101011LB(2)当S关断，VD导通时：)(1)(tvLdttdioL)(1)(1)(tvRCtiCdttdvoLo矩阵形式：xCyuBxAxT222ˆ，其中：RCCLA11102002B用积分法求平均状态变量为：TsTsTsTsTstuLtdtxRCCLtuBtxAtx)(0)()(1110)()()(ˆ稳态时：0ˆx，BUA1-x,得：RDUIL,DUVO动态时：]ˆ)(ˆ)[(ˆ])()[(ˆˆˆˆ21212121uBBxAAdUBBXAAduBxABUAXxX去除稳态量，并忽略扰动量得：]ˆ)(ˆ)[(ˆˆˆˆ2121uBBxAAduBxABUAXx做拉氏变换得：]ˆ)(ˆ))[((ˆ)(ˆ)(ˆ)(ˆ2121uBBxAAsdsuBsxAsxs将上面的A，B带入可以得到传递函数：RLRCsLRUsSRLRCLLsRUssusxsu222220)(ˆss|)(ˆ)(ˆRLRCsLRDSRLRCLLsRDsdsxsd222220)(ˆss|)(ˆ)(ˆ可以得到控制—输出传递函数为：LCsRLsUssGvd21)(二、系统闭环控制器设计设参考电压为5v，载波电压幅值为10v，计算可以得到：H=1，D=0.25，VC=2.5.控制-输出开环传递函数：LCsRLsDVsGvd211)(HzLCf225210dBLCRQ03.983.20（1）加补偿器前，系统开环传递函数为：20000)(11)(sQsTsTu2m0DVHVTu画出该传递函数的伯德图：可以看到，交越频率为384Hz,相角裕度为17.7°.开关频率为20kHz,设计穿越频率为1kHz.补偿前，1kHz环路增益约为-19.5dB，相角裕度为-5°.设计超前补偿网络时，选择相角裕量为55°.kHzkHzfp17.355sin-155sin1)1(kHzkHzfz32.055sin155sin1)1(为了在1kHz补偿环路增益约为-19.5dB，调节器的低频增益为：dBffTffGpzucc93.914.31)(0200（2）采用PD控制器时：11031013.51051.228.61012.3))(1)(1()1()(4273113200000sssssQsssTGsTpzuu可以看出，加PD补偿器后，交越频率为1kHz，相角裕度为59.3°.闭环控制器simulink仿真：调节器：11002.514.31056.111)(530ssssGsGpzcc仿真模型:仿真结果：输出电压稳定在4.31V.三、误差产生的原因因为参考电压选取5V，得到的H(s)=1,所以系统为单位反馈控制系统，则开环传递函数T(s)为0型系统，开环增益K=2*3.14=6.28，稳态误差：VKRess687.01)(,与上面的仿真结果相符。消除稳态误差：通过增大系统的开环增益来减小稳态误差，增大开环增益10倍。