具有中间变换环节的DC-DC变换器设计与仿真课程设计任务书(2)

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3 控制电路工作原理

3.1 锯齿波形成环节

锯齿波形成环节仿真电路如图3所示

图3 锯齿波形成环节

使用信号发生器输出sawtooth的锯齿波，其幅值为2，频率为20KHz取绝对值，负变正，然后向下平移一个单位得出我们所需要的锯齿波，其波形图如图4所示。

图4 锯齿波波形图

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3.2 脉冲宽度调制电路

PWM（Pulse Width Modulation）控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）；面积等效原理是PWM技术的重要基础理论。PWM控制技术，是利用逆变器装置中半导体开关的开通和关断，把直流电压转化变成一定规律的电压脉冲序列，以实现调频、调压和消除谐波三个目的的技术。 本章利用的就是等脉宽PWM法，利用直线与三角波进行比较。

图4 原边开关管的电压和触发脉冲波形

图5 开关触发脉冲

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3.3 调节器

在实际生活中，PID控制器计算出来的控制信号还应该经过一个驱动器后去控制受控对象，而驱动器一般可以近似为一个饱和非线性环节，这是PID控制系统结构。PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元 P、积分单元 I 和微分单

元 D 组成。通过Kp， Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。在控制系统中可能存在各种各样的扰动信号。另外，在

实际控制中，用于检测输出信号的仪器也难以避免得存在噪声扰动信号，可以理解成高频率噪声信号，定义成量测噪声。

连续PID控制器的最一般形式为

u?t??Kpe?t??Ki?e???d??Kd0tde?t? dt其中Kp,Ki和Kd分别是对系统误差信号及其积分与微分量的加权，控制器通过这样的加权就可以计算出控制信号，驱动受控对象模型。如果控制器设计得当，控制信号将能使误差按减小的方向变化，达到控制要求。

PID控制的结构简单，另外，这三个加权系数Kp,Ki和Kd都有明显的物理意义：比例控制器直接影响应于当前的误差信号，一旦发生误差信号，则控制器应立即发生作用，以减少偏差。

一般情况下，Kp的值大则偏差将变小，且减小对控制中的负载扰动的敏感度，但也将对测量噪声更敏感。考虑根轨迹分析，Kp无限制的增大闭环系统不稳定；积分控制器对以往的误差信号发生作用，引入积分控制能消除控制中的静态误差，但Ki的值增大可能增加系统的超调量、导致系统振荡，而Ki小则会使得系统响应趋于稳定值的速度减慢；微分控制器对误差的导数，亦即误差的变化率发生作用，又一定的预报功能，能在误差有大的变化趋势时施加合适的控制。

Kd的值增大能加快系统的响应速度，减小调节时间，过大时会因系统噪声或受控对象的大时间延迟出现问题。

PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。

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4 MATLAB/SIMULINK仿真

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

系统仿真电路模块如图6所示：

图6 系统仿真电路模块图

图6 系统仿真电路模块

原边绕组电压，每个开关管都是40%导通，经过脉宽调制电路，逆变得到变压器原边电压，再经过变压器降压逆变，得到副边电压，原边电压、副边电压波形分别如图7、图8所示。

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图7 原边绕组电压

图8 副边电压波形

电路输出电压波形如图9所示

图9电路输出电压波形

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