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1、EDAEDA 实实 验验 报报 告告-基于基于 SimplorerSimplorer 的的 BUCKBUCK 电路的电路的 PIDPID 设计设计院院 系：自动化学院系：自动化学院 专专 业：电气工程及其自动化业：电气工程及其自动化 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：胡指导教师：胡 文文 斌斌 完成时间：完成时间：20112011 1目目 录录1 1、实验目的、实验目的.2 22 2、实验要求、实验要求.2 23 3、实验原理、实验原理.2 23.13.1 BUCKBUCK 电路原理电路原理.2 23.23.2 PIDPID 控制控制.3 34 4、系统参数设计、系统参数设计.4 45
2、 5、系统建模与仿真、系统建模与仿真.4 45.15.1 基本工作原理基本工作原理.4 45.25.2 仿真结果仿真结果.5 56.6.实验总结实验总结.6 66.16.1 实验中遇到的问题及其解决方法实验中遇到的问题及其解决方法 .6 66.26.2 实验感想实验感想 .6 67 7、致谢、致谢.7 78 8、参考文献、参考文献.7 79 9、附件（实验三六仿真与分析）、附件（实验三六仿真与分析）.7 7实验实验 3 3：Three-PhaseThree-Phase RectiferRectifer withwith Resister/InductiveResister/Inductive
3、LoadLoad .7 7实验实验 4 4：HysteresisHysteresis Current-ControlledCurrent-Controlled DCDC MotorMotor Start-Start-UpUp .1010实验实验 5 5：CurrentCurrent andand SpeedSpeed ControlledControlled DCDC MotorMotor.1414实验实验 6 6：UsingUsing VHDL-AMSVHDL-AMS ComponentsComponents forfor ModelingModeling.151521 1、实验目的、实验目
4、的对 BUCK 电路进行参数设计，并运用 Simplorer 7.0 进行仿真。2 2、实验要求、实验要求 Ui=30v,Uo=10v,Io=1A,fs=10kHz 稳态误差 100mV，系统超调 0.3V3 3、实验原理、实验原理3.13.1 BUCKBUCK 电路原理电路原理BUCK 电路是直流斩波电路的一种，其基本功能是将直流电转化为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter） 。下图为 BUCK 电路的原理图：在 BUCK 电路中，负载电压的平均值为：Uo = ton / (ton + toff) E = ton / T = E (其中，
5、ton 为 V 处于通态的时间；toff 为 V 处于断态的时间；T 为开关时间； 为导通占空比)。由上式可知，输出负载的电压的平均值 Uo 最大为 E，若减小占空比 ，则Uo 随之减少，因此将该电路称为降压斩波电路。从电路可以看出，电感 L 和电容 C 组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使电源的直流分量可以通过，而抑制其谐波分量通过；电容上输出电压 Uc(t)就是电源的直流分量再附加微小纹波 Ur(t)。确定 L、C、R 参数，是电路设计关键。 通过控制 BJT1 的通断，来调节占空比，并能够影响 R 两端的输出电压。BUCK 电路原理图3当导通时，即等效开关接在 N1 上，D1 断开，电
6、流通过 L、R，电感电流增加，电感储能；而当开关 S 置于 N2 位时，D1 导通，L 相当于电源电感，电流减小，电感释能。如果 L 过小，可能出现负载电流断续的情况。等效电路模型 周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到
7、平衡。3.23.2 PIDPID 控制控制在工程实际中，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。PID 调节器是一种线性调节器，它将给定值 r(t)与实际输出值 c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。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。PID 控制模型4PID
8、调节器各校正环节的作用： 1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号 e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。2、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 TI，TI 越大，积分作用越弱，反之则越强。3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，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，减小调节时间。在设计 BUCK 电路时，适合用 PID 控制技术其精确控制。为提高控制精度和抗干扰能力，并对 PID 参数进行整定通。通过电压反馈实现，将实际输出电压与设定常数进行比较，得出的误
9、差通过 PID 控制器进行调节后生成 PWM 波，最终反馈至 BJT1 端，控制其导通及关断，最终得到控制输出电压的效果。4、系统参数设计、系统参数设计D = 1/3 mHL6 .74uFC200200Ki2Kd100Kp5、系统建模与仿真、系统建模与仿真5.15.1 基本工作原理基本工作原理电路原理图如下图所示（其中各个元件的参数在使用 simplorer7.0 软件绘制电路过程中均已按照要求设置）：55.2 仿真结果仿真结果输出电压图6输出电流图从 R1.V 图中可以看出:超调量：10.29-10=0.29V 0.3V，满足要求；稳态误差：10-9.95=0.05V 0.1V,满足要求。6
10、.6.实验总结实验总结6.1 实验中遇到的问题及其解决方法实验中遇到的问题及其解决方法在做实验的时候，调 PID 控制器的时候，由于经验不足，不知道从哪里调起，调了很长时间，总是离老师的要求很远，最后通过不懈的女里终于调了出来，这个过程说明了做实验的时候一定要有耐心，不能急于求成，要一步步来，切勿焦躁。6.2 实验感想实验感想本次实验运用了大三所学的电力电子技术的知识，已经相隔一年，有老多知识我都已经忘记。刚开始我对于整个设计一度摸不到头脑，后来在老师的指导下，思路才慢慢清晰，最终完成了实验任务。做这个实验要一步一步来，不能操之过急，要仔细认真。我觉得最重要的是，在本次实验中全程都是我自己7操
11、作，在一开始的三天的练习实验中，让我熟悉了软件的使用，为做实验打下了坚实的基础。通过本次实验，我对于电力电子知识有了更深刻的理解。通过自己的认真思考和细心设计，掌握了知识在实际系统中的应用。其次，对于 Ansoft 软件能熟练地进行操作。另外，在解决实验中遇到问题的同时，也在一定程度上培养了自己细心地习惯。为以后的实验和工作积累了经验，在一定程度上也奠定了基础。7、致谢、致谢本文的主要工作主要是在胡文斌老师的指导下完成的，让我熟悉了 Ansoft软件的使用，更深入掌握了 BUCK 电路的原理和 PID 控制电路，在此，我要感谢胡老师，老师渊博的知识、独到的见解、镇密的思维都令我颇感敬佩，受益匪浅。其次感谢学姐学长的大力支持和帮忙，不厌其烦、不辞辛苦的为我们解决实验中所遇到的每一个问题。最后，也向所有帮助过我的同学和朋友表示衷心地感谢。8、参考文献、参考文献1.王兆安，黄俊 电力电子技术（第 4 版） 机械工程出版社，20072.吴仲阳 自动控制原理 高等教育出版社，20053.黄锦安 电路 机械工程出版社9 9、附件（实验三六仿真与分析）、附件（实验三六仿真与分析）实验实验 3：Three-Ph
