求教一个关于数控电源的问题

只看该作者 · 2009-8-26 22:14

我手上有一个数控电源的板子，典型的MCU加BUCK电路模式，MCU采用的事流明诺瑞的Cortex-M3的ARM，MCU产生PWM经过驱动电路后控制开关MOS管的开断，就是一个典型的BUCK电路，然后经过ADC采样输出电压作为反馈。
现在的问题是当负载突变（由大负载成小负载或者小负载变成大负载）的时候输出电压会有跳动（加入大负载有个负脉冲去掉大负载的瞬间有个正脉冲），我首先考虑的是MCU控制不及时，所以导致了脉冲的出现（脉冲持续时间二十毫秒左右，正常输出5V，脉冲可达7V），然后改进了算法，用了PID控制，提高系统频率和PWM得频率，但是问题始终没办法解决，而且我调节PID的微分参数电路都没有一点变化的，在网上找了很多PID的一些资料包括参数整定什么的，但是都是关于工业控制的，里面说的参数整定的方法我都不知道怎么在这个上面用（比如什么响应曲线临界震荡什么的），所以现在实在不知道怎么搞了。
希望有做过类似项目或者知道这方面的高人指点一下，感激不尽！

只看该作者 · 2009-8-27 00:19

用MCU做过，以你的CPU看，运行能力足足有余，有时也没必要搞个什么PID这么复杂，如输出5V，当超过5V就关闭输出，低于5V就打开输出，这种方法简单，过冲及掉电压都很小，只是纹波有点大。

只看该作者 · 2009-8-27 18:44

谢谢楼上的回复。但是这样好像不行耶，我有设置过如果超过5V一定值就关闭PWM 然后吧PWM占空比调到很低，再重新开，按道理不会有过冲，但实际情况是还是会有。

只看该作者 · 2009-8-27 23:04

你的系统完成一个反馈控制周期时间要多久?

3万 · 2009-8-28 06:03

这正是PID的问题。
楼主把“比如什么响应曲线临界震荡什么的”搞清楚，才可能“然后改进了算法”，否则所谓改进“提高系统频率和PWM得频率”只是瞎碰。

只看该作者 · 2009-8-28 21:54

回复4楼：开关频率是100KHz，一个周期进行两次ADC采样，采样频率就是200KHz。PID计算和PWM占空比调节在ADC中断函数中进行。计算不是很复杂，不过没试过到底需要多长时间。不过系统频率挺高的，时间应该不会很长，至少不会导致出现宽度为10ms的脉冲（嗯，应该是说时间肯定是微秒级的）。
回复5楼：我说的那个调整方法是先让Ki和Kd为0，然后单独调节Kp，直到系统临界震荡，然后用这个Kp和振荡频率来计算Kp、Ki和Kd。但是我觉得对我这种情况可能不适用吧，因为我不管怎么调节Kp都不会出现振荡的，如果Kp过小输出就达不到目标值，Kp过大就直接输出上限值输出电压等于输入电压了。系统经常出现振荡的情况，但是都是Kp为正 Ki为负的时候出现的。目前为止，我调节Kd对输出看不出任何影响。而且接上大的负载后发现纹波挺大，加大Ki不但不会减小反而会增大，减小Kp倒是可以减小纹波，但是也只能到一定程度，而且开关频率越大纹波越大。所以虽然我的MCU可以做到500Khz甚至更好的开关频率，但是我还是用了100Khz的频率。
现在很迷茫，情况就这样了，怎么都得不到改善，包括对硬件做一些改动（比如增大输出电容、输出级增加LC滤波）。觉得自己盯着示波器一个一个调节PID的参数已经不会再有什么帮助了，而网上找的参数整定方法又不知道怎么用在我这个系统上面。上面等着我的结果呢，压力很大啊，各位好心人帮忙看看吧。

只看该作者 · 2009-8-28 22:10

建模型，看开关电源建模的书。你要完成这个项目。有几个条件。1.信号与系统，数字信号处理，自动控制系统学好没有。2.开关电源建模。3.以前有没有搞过模拟开关电源，用芯片实现的。上面3相，缺一不可。超人除外。还有数字电源有的很难搞。例如把输出电压的纹波或者噪声引回，也要参与反馈，这个模拟电路用加法器可以搞，但是cpu采很小的纹波有困难。另外你这玩意做出来成本高。通讯电源都是cpu加芯片搭的。

3万 · 2009-8-28 23:10

7楼内行。
确实楼上说的那3项，缺一不可。
成本也确实太高，考虑到写软件的人工，成本就更高了。开关电源芯片不过一块钱，贵的也不超过两块，甚至有不到一块的。反应速度足够快，看不到楼主所述过冲现象，完全可以用到计算机这类对过冲相当敏感的电路上。普通PC机都是用模拟方法实现，要是用楼主的Cortex-M3的ARM，普通PC机电源还能卖吗？

只看该作者 · 2009-8-29 19:18

:funk:我这三个条件好像一个都不符合~~ 我今年才毕业，现在才工作不到三个月。以前也没做过电源，实际上我以前对电源是一无所知，都是这一个多月才自己学了点。这么看来我是不是不可能解决这个问题啦？
我们公司是买芯片的，这是客户的一个项目，我也不知道他们怎么要这么麻烦用这个做，但是如果他们不用这个也不会买我们的芯片了。板子也是客户的，不是我们公司自己的项目，所以要改硬件的话有点不显示，现在只能看看能不能在软件商想想办法。我现在的想法是能不能用一种更好点的PID算法让性能达到要求，用一种好点的方法整定参数。大家觉得这个想法有可行性吗？客户说了，如果这个问题解决了就下单，当然解决不了就不用谈了，哎，压力啊。

只看该作者 · 2009-8-29 19:21

目前市场上有没有数控的开关电源卖？他们的产品这方面的动态性能不知道怎么样，如果挺好而且也是通过软件控制的话，就说明改进一下控制方法应该还是可以的吧。

只看该作者 · 2009-8-29 19:32

嗯，另外我想请教一下，典型BUCK电路的传递函数怎么求啊，我今天搞了半天没求出来。我手上有一本《先进PID控制MATLAB仿真》，里面讲了茫茫多的PID控制算法和参数整定方法，每个都有MATLAB仿真，但是仿真都是直接该处被控对象的传递函数，然后进行的。我现在正在翻以前的MATLAB教材（在学校学过M语言后来都忘光了:$）然后看懂仿真程序，我想把我这个东西的传递函数求出来，然后也仿真看看，希望能找到一种能用在这上面效果比较好的PID控制方法。

3万 · 2009-8-29 23:17

开关电源的传递函数，各国大学都有人在搞，提出过很多，到现在没有一个可以令人满意。这个东西有多难，可想而知。

只看该作者 · 2009-8-30 12:30

:funk:这么难搞? 那我这个任务岂不是没办法完成了？

3万 · 2009-8-30 12:49

楼主请注意，三极管也好MOS管也好，当初学习管子的模型时，都有一个词“小信号”，还记得否？
开关电源的传递函数，难就难在不是小信号，开关电源总是工作在饱和与截止状态，线性工作状态是要极力避免的。大信号工作的线性功率放大器一般都不用模型分析，何况开关工作的开关电源呢？
不知道你的任务是什么，如果是公司下达的开发任务，最好向你的上司说明这个东西成本太高，无论硬件还是软件成本都很高。如果是在学校里做毕业设计，趁早另选题。当然，你这个工作比较简单，可以做出来，但搞出来也没有推广的价值。
所谓数字电源，前几年挺热闹，有家美国公司甚至出了高速51核加六路PWM控制的芯片，还答应给我寄样片。现在这家公司找都找不到了，样片始终没给我。

3万 · 2009-8-30 15:47

Snakeemail另开了一帖讨论数字电源，可惜只有我回帖，没有几个感兴趣。

只看该作者 · 2009-8-30 17:05

我在一个自动控制的书上有看到介绍传递函数的时候有讲过一个RLC电路的传递函数，就是利用基尔霍夫定律列出式子在变换到复数域。我想的是一个BUCK电路，我不关开关管和之前的部分，只看后面的电感电容二极管那部分，求出它的传递函数。应该和你说的不是同一个东西。在一片论文上看到有写过一个式子，但是好像不是输出对输入的。
我手上这个任务也不是我们公司要推出这个东西啦，是客户买了我们的芯片想做这么个东西给自己用，但是由于动态性能不行计划搁浅了，我的任务就是想办法把动态性能提高到他们可以接受的地步，这样他们就会买我们的芯片，不然就没单。
我在网上找了一下，本来想找找有没有这种类似MCU+BUCK电路的电源产品看看人家的产品性能怎么样，但是好像没找到。

3万 · 2009-8-30 18:38

Buck电路中的滤波部分，要传递函数易如反掌，注意无论RLC无论多复杂，总是线性函数。要联系上开关管，那就不一样了。
传递函数，输出对输入，Buck电路(包括滤波)输出近似直流，输入是什么？是PWM脉冲。输入函数都很难写出来。
就楼主所说的系统，用数字控制可以做到输出平稳，无过冲。但用这种方法，可能比较困难。
100kHz应该是够高的频率，开关部分(包括滤波)的传递函数主要受滤波部分LC影响。就用滤波部分LC的传递函数当成开关电源的传递函数，误差不很大，但要注意，仅在频率远小于开关频率时才是这样，频率接近开关频率时就不行，大体上这样用LC的传递函数代替开关部分的传递函数，仅限开关频率的几分之一以下。
楼主所说过冲，和RLC电路中的过冲是一回事。减小过冲，反馈中应减小环路增益，但这与静态稳压精度矛盾。使用积分可以保证静态精度，但需注意，LC已经是二阶，你的控制算法加入积分那就是三阶，本身已经含有不稳定因素，要稳定，方法是“错开”(从频域上说)，必须考虑LC滤波电路元件的参数，必要时改滤波元件参数。至于微分算法，不用也罢。

只看该作者 · 2009-8-30 19:42

:curse:哈哈。21ic的表情很有意思。我可不是什么内行，偶现在是生产线上的一名调试工人，真的。天天加班。我告诉你一招，你用模拟的芯片搭一个buck电路，然后用Cortex-M3的ARM控制电源的开关。好办法吧:lol

3万 · 2009-8-30 19:55

果然好办法。至少软件非常容易写。

只看该作者 · 2009-8-30 19:58

王老师回贴了，刺激他神经了，还编辑了:loveliness:。好吧，你要求函数，这个也不是太难，就是长了点。假定你用最简单的电压模式控制。首先是输出对占空比的函数，然后pwm的函数，然后是你的PI函数。你要把你的控制器的函数的零点和极点，消去控制对象的零点和极点。反正也是纸上谈兵:dizzy:
问个问题，你程序怎么编的。例如：误差=参考 - 反馈，这个怎么实现？

求教一个关于数控电源的问题

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