制造业企业如何构建高效数据采集系统：从挑战到实践
2026/1/15 0:11:03
Buck电源仿真设计，基于MATLAB/Simulink建模仿真。 使用Control System Tool的sisotool模块，对Buck电路的控制环参数进行设计，可以一键生成传递函数，生成bode图。 可以进行PI参数整定。 仿真模型验证。 包含word文档对建模和校正过程进行讲解。 仿真模型使用MATLAB 2017b搭建
今天，我们来聊聊Buck电源的仿真设计吧。作为一个电源小白，我对Buck拓扑的控制环设计一直充满好奇，尤其是在MATLAB/Simulink这样强大的工具下，能不能一键生成传递函数，甚至自动调参呢？这次，我决定一探究竟。
一、Buck拓扑选择与电路搭建
首先，我需要明确Buck电源的基本组成：开关管、二极管、电感、电容，以及一个控制芯片。为了简化设计，我打算使用Simulink的电力电子模块库来搭建基本电路。
- 控制环结构的确定：Buck电路的反馈控制通常是基于输出电压的PI调节器，用来调整占空比，进而调节输出电压的稳定性和动态响应。
- 电路参数的选择：为了不让仿真过于复杂，我先选用了几个常见的参数。比如开关频率fs=100kHz，输出电压Vout=5V，输入电压Vin=12V。
二、传递函数的提取
有了基本电路，接下来是关键的一步：如何从Simulink模型中提取传递函数？这个时候，Simulink的Control System Tool就派上用场了。
- 线性化模块的使用：通过右键点击信号线，选择“Linear Analysis Parameters”，然后启用线性分析点。这个过程有点像在电路中添加探针。
- 使用sisotool：接下来，在MATLAB命令行里输入
sisotool，就会弹出一个参数整定的界面。这时候，系统会自动计算出系统的开环传递函数，比如：
% 传递函数的形式大概是这样的： G = tf([K*Td], [Td*Ti 1]);这里，K是放大倍数，Td是微分时间常数，Ti是积分时间常数。这些参数可以通过仿真结果来调整。
- Bode图的生成：在sisotool里面，可以直接画出开环的Bode图。通过调整频率轴，可以看到系统的增益和相位特性。
三、仿真验证与调整
有了传递函数后，接下来就是验证它是否满足需求了。这个时候，我需要回到Simulink，运行闭环仿真，看看输出电压是否稳定。
- 波形分析：观察输出电压的纹波情况，以及在负载变化时的动态响应。比如，在仿真中加入一个阶跃信号，看看系统的上升时间和超调量。
- 参数调整：根据仿真的结果，调整PID参数。比如，如果超调太大，就需要减小比例系数；如果响应太慢，可能需要增加积分系数。
% 一个简单的PI调节器实现： kp = 5; % 比例系数 ki = 0.5; % 积分系数 sys = pid(kp, ki);四、设计文档的整理
经过反复调整，终于得到了一组满意的参数。这时候，我需要把这些过程记录下来，方便以后参考。我决定用Word文档来整理整个设计过程：
- 模型搭建过程：详细记录了每个模块的参数设置，以及连线方式。
- 参数调整过程：用表格的形式记录了每次调整PI参数后，系统的响应情况。比如：
| 调整次数 | Kp | Ki | 上升时间(ms) | 超调量(%) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 3 | 0.3 | 2.5 | 15 |
| 2 | 5 | 0.5 | 1.8 | 10 |
| 3 | 4 | 0.4 | 2.0 | 8 |
- 仿真结果：将波形图插入文档，用箭头标出关键点，如上升沿和过冲部分。
五、总结
通过这次仿真设计，我对Buck电源的控制环设计有了更深刻的理解。尤其是借助MATLAB/Simulink工具，大大提高了设计效率。当然，这只是一个起点，未来还打算尝试更高阶的设计，比如引入状态观测器，或者研究更复杂的控制策略。
Buck电源仿真设计，基于MATLAB/Simulink建模仿真。 使用Control System Tool的sisotool模块，对Buck电路的控制环参数进行设计，可以一键生成传递函数，生成bode图。 可以进行PI参数整定。 仿真模型验证。 包含word文档对建模和校正过程进行讲解。 仿真模型使用MATLAB 2017b搭建
如果你也对电源设计感兴趣，不妨试试自己动手，或许会有不一样的收获哦！