| 摘要 | 第4-7页 |
| Abstract | 第7-10页 |
| Chapter 1 Introduction | 第22-26页 |
| 1.1 Objective | 第22页 |
| 1.2 Introduction | 第22-23页 |
| 1.3 Motivation | 第23-24页 |
| 1.4 Thesis Organisation | 第24-26页 |
| Chapter 2 History and Theory of PID Control | 第26-54页 |
| 2.1 Background | 第26页 |
| 2.2 Introduction to the Concept of Feedback Control | 第26-27页 |
| 2.3 Control systems | 第27-29页 |
| 2.3.1 Open-loop control systems | 第28页 |
| 2.3.2 Closed loop Control systems | 第28-29页 |
| 2.3.3 Multivariable control systems | 第29页 |
| 2.4 The importance of feedback control systems | 第29-30页 |
| 2.5 History of feedback control systems and the PID controller | 第30-31页 |
| 2.6 factors that spurred the development of feedback control | 第31-35页 |
| 2.6.1 Water Clocks of the Greeks and Arabs | 第31-32页 |
| 2.6.2 The Industrial Revolution | 第32-33页 |
| 2.6.3 Mass Communication and The World wars | 第33-34页 |
| 2.6.4 The Space/Computer Age and Modern Control | 第34-35页 |
| 2.7 Types of control Problems | 第35-39页 |
| 2.7.1 Regulation | 第36-37页 |
| 2.7.2 Tracking and servomechanism problems | 第37-38页 |
| 2.7.3 Trajectory design/targeting problems | 第38页 |
| 2.7.4 Systems | 第38-39页 |
| 2.8 Types of controllers | 第39页 |
| 2.9 Fundamentals of PID Control | 第39-48页 |
| 2.9.1 Proportional Controller (P) | 第40-43页 |
| 2.9.1.1 Static Analysis | 第40-42页 |
| 2.9.1.2 Proportional Controller transfer function | 第42-43页 |
| 2.9.2 Integral Controller (I) | 第43-46页 |
| 2.9.2.1 Integral Controller transfer function | 第45-46页 |
| 2.9.3 Derivative Controller (D) | 第46-48页 |
| 2.9.3.1 Differential Controller transfer function | 第47-48页 |
| 2.10 The Characteristics of P, I, and D Controllers | 第48-49页 |
| 2.11 Configuration of a PID controller | 第49-50页 |
| 2.11.1 Serial implementation | 第49-50页 |
| 2.11.2 Parallel Implementation | 第50页 |
| 2.12 Mathematical modeling of a PID controller | 第50-54页 |
| 2.12.1 PI Controller | 第51页 |
| 2.12.2 PD Controller | 第51-52页 |
| 2.12.3 PID controller | 第52-54页 |
| Chapter 3 PID Control Design Theory | 第54-73页 |
| 3.1 Controller design | 第54页 |
| 3.2 Tuning of PID controllers | 第54-56页 |
| 3.3 Tuning Methods | 第56-57页 |
| 3.3.1 Desirable features of a tuning procedure | 第56页 |
| 3.3.2 Tuning Objectives | 第56-57页 |
| 3.4 Classification of PID Tuning Methods | 第57-59页 |
| 3.4.1 Classification According to nature and usage | 第57-58页 |
| 3.4.2 Classification according to tuning techniques | 第58-59页 |
| 3.5 Closed loop methods | 第59-62页 |
| 3.5.1 Closed Loop Ziegler-Nichols Method | 第59-60页 |
| 3.5.2 Modified Ziegler-Nichols Methods | 第60页 |
| 3.5.3 Tyreus – Luyben Method | 第60-61页 |
| 3.5.4 Damped Oscillation Method | 第61-62页 |
| 3.6 Open loop methods | 第62-73页 |
| 3.6.1 Open Loop Ziegler-Nichols Method | 第62-63页 |
| 3.6.2 The C-H-R Method | 第63-64页 |
| 3.6.3 Cohen-Coon Method | 第64-65页 |
| 3.6.4 Fertick Method | 第65-67页 |
| 3.6.5 Ciancone and Marline Method | 第67-69页 |
| 3.6.6 Internal Model Control (IMC) | 第69-70页 |
| 3.6.7 Tuning Method for Minimum Error | 第70-73页 |
| Chapter 4 Digital Implementation of a PID Controller | 第73-81页 |
| 4.1 Digital Implementation of a PID controller | 第73页 |
| 4.2 Sampling | 第73-75页 |
| 4.2.1 Prefiltering | 第74-75页 |
| 4.3 Discretization | 第75-81页 |
| 4.3.1 Proportional Action | 第75页 |
| 4.3.2 Integral Action | 第75-76页 |
| 4.3.2.1 Forward differences method | 第75-76页 |
| 4.3.2.2 Backward differences method | 第76页 |
| 4.3.2.3 Tustin’s approximation and ramp equivalence method | 第76页 |
| 4.3.3 Derivative Action | 第76-79页 |
| 4.3.3.1 Forward differences method | 第76-77页 |
| 4.3.3.2 Backward differences method | 第77页 |
| 4.3.3.3 Tustin’s approximation method | 第77页 |
| 4.3.3.4 Ramp equivalence method | 第77-79页 |
| 4.3.4 Incremental Form | 第79-81页 |
| Chapter 5 Application of PID Control to Voltage Regulation Systems | 第81-99页 |
| 5.1 Voltage regulation | 第81-82页 |
| 5.2 Why we need a Controller | 第82-83页 |
| 5.3 Overview of a DC-DC Converter system | 第83-84页 |
| 5.4 Types of dc-dc converter systems | 第84-91页 |
| 5.4.1 Step-Down (Buck) Converter | 第86-87页 |
| 5.4.2 Step-Up (Boost) Converter | 第87-89页 |
| 5.4.3 Cúk Converter | 第89-91页 |
| 5.5 Detailed Analysis of Buck Converter Operation | 第91-99页 |
| 5.5.1 Basic Circuit diagram of a buck converter | 第91-92页 |
| 5.5.2 Circuit description | 第92页 |
| 5.5.3 Circuit Operation | 第92-93页 |
| 5.5.4 Analysis of the switching waveform | 第93-94页 |
| 5.5.5 Analysis of buck converter operation when the switch, S, when closed andwhen open | 第94页 |
| 5.5.6 Buck converter circuit operation when the switch, S, is closed | 第94-95页 |
| 5.5.7 Buck convertor circuit operation when the switch, S, is open | 第95-96页 |
| 5.5.8 Current analysis | 第96-97页 |
| 5.5.9 Mathematical modeling of the DC-DC converter | 第97-99页 |
| Chapter 6 Modeling, Design and Simulation of Buck Converter | 第99-121页 |
| 6.1 Mathematical Modeling of DC-DC Buck Converter | 第99页 |
| 6.2 State space averaging | 第99-101页 |
| 6.2.1 State Space Averaging Method for DC-DC Converters | 第99-100页 |
| 6.2.2 Procedure For State-Space Averaging | 第100-101页 |
| 6.3 The Basic State-Space Averaged Model | 第101-103页 |
| 6.4 Applying state space averaging on the buck converter | 第103-105页 |
| 6.4.1 Mathematical modeling of the DC-DC converter | 第103-105页 |
| 6.4.2 Mathematical Modeling of PID Controller for simulink | 第105页 |
| 6.5 Buck converter design | 第105-110页 |
| 6.5.1 Selection of the Inductor | 第106-107页 |
| 6.5.2 Selecting the output Capacitor | 第107-109页 |
| 6.5.3 Selecting the MOSFET | 第109-110页 |
| 6.5.4 Selecting the diode | 第110页 |
| 6.6 Simulation with MATLAB/Simulink | 第110-121页 |
| 6.6.1 Matlab Simulation of Open Loop Control of DC-DC Converter | 第111-115页 |
| 6.6.2 Simulink model Closed Loop Control of DC-DC Converter | 第115-117页 |
| 6.6.3 Digital Simulink model of dc-dc converter | 第117-119页 |
| 6.6.4 Output of digital model with step input voltage | 第119-121页 |
| Chapter 7 Digital Implementation with the PIC16F84 Controller | 第121-130页 |
| 7.1 Microcontrollers | 第122页 |
| 7.1.1 Advantages of Digital controllers | 第122页 |
| 7.2 SMPS controller function | 第122-123页 |
| 7.3 PIC16F84 Pico-controller | 第123-128页 |
| 7.3.1 The internal structure of a PIC | 第124-125页 |
| 7.3.2 Power and clock requirements | 第125-128页 |
| 7.4 Microcontroller based buck converter circuit | 第128-130页 |
| Chapter 8 Conclusions | 第130-132页 |
| 8.1 Summary | 第130-131页 |
| 8.2 Future work | 第131-132页 |
| References | 第132-142页 |
| Author and Publications | 第142-143页 |
| Acknowledgements | 第143页 |
