Buck变换器模型

Buck变换器将DC转换为DC。本例中的模型使用开关电源将30V直流电源转换为稳压直流电源。转换器使用mosfet建模，而不是理想的开关，以确保设备导通电阻被正确表示。从参考电压到被测电压的转换器响应包括MOSFET开关。传统的PID设计需要系统从“参考电压”(控制器输出)到被测电压的线性模型。然而，由于该模型中的开关，自动线性化导致系统为零。当一个模型线性化为零时，有几种备选方案可用。

对于本例，使用基于频率响应的PID调谐器估计系统的频率响应，并对PID控制器进行整定。有关使用系统识别来识别工厂模型的示例，请参见利用模拟I/O数据设计PID控制器。

有关创建buck转换器模型的详细信息，请参见巴克转换器(Simscape电气)。

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该模型使用的参考电压在0.004秒内从15到25伏切换，负载电流在0.0025到0.005秒内活跃。控制器初始化的默认增益产生超调和缓慢的稳定时间。仿真结果表明，该系统存在欠阻尼和响应慢的问题。

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对于本例，通过使用频率响应估计和整定PID增益来表征系统，从而提高系统的带宽和相位裕度，以实现更好的性能。在整定PID控制器时，要考虑降压变换器系统的以下特性。

对于降压变换器系统，人们希望系统具有低上升时间和低超调量。对于本例，调整控制器使上升时间达到250e-6秒，超调值小于10%。

基于频率响应的PID调谐器

打开反馈控制器子系统，然后打开PID控制器块对话框。在选择调优方法中,选择基于频率响应的并点击调优。的基于频率响应的PID调谐器为降压转换器控制器打开。

的基于频率响应的PID调谐器自动调整PID控制器的工厂使用两次模拟。第一个模拟生成基线响应。第二个模拟打破了植物输入的循环，并用正弦和阶跃信号扰动植物。调谐器取两个模拟响应之间的差值，去除模型中任何扰动的影响。调谐器然后使用产生的数据来估计植物的频率响应。最后，利用估计的频率响应计算PID增益。

当你打开基于频率响应的PID调谐器，它从PID控制器块读取参数，以确定PID控制器的结构。这些参数包括:

指定实验设置

在调谐之前，指定调谐器用于估计装置频率响应的实验参数。

开始时间是调谐器开始向植物应用扰动信号的时间(以秒为单位)。选择一个开始时间，在该时间内，设备处于您希望用于调优的标称工作点。对于本例，降压转换器的初始瞬态下降0.002秒。因此，为输入0.002开始时间。

指定持续时间微扰实验。实验持续时间的保守估计是100除以目标带宽。目标带宽约为2/τ，其中τ是期望的上升时间。对于本例，期望的上升时间为250e-6秒，这导致目标带宽为每秒8000弧度。在本例中，持续时间的保守估计是100/8000或0.0125秒。选择0.0125秒持续时间。

在实验过程中，调谐器以四个频率向植物注入正弦信号，[1/ 3,1,3,10],在那里为调优指定的目标带宽。中指定注入的正弦波的振幅正弦振幅字段。

选择信号振幅，其幅度高于系统的噪声底限，不会使系统饱和。对于这个例子，系统中没有需要考虑的噪声。然而，控制器输出(PWM的占空比)被限制为[0 1]，并且稳态时控制器的标称输出为0.5。为了保持在这些限制范围内，指定正弦振幅为0.1。指定标量值将在所有四个频率上使用相同的振幅。

对于渐近稳定的对象，调谐器还注入阶跃信号来估计对象的直流增益。根据与选择正弦振幅相同的考虑因素，为该步进信号选择振幅。对于本例，在一步振幅场地也一样。

明确设计目标

最后，指定调优的目标带宽。如前所述，目标带宽为每秒8000弧度。在带宽字段。默认的目标相位裕度为60度，对应的超调量约为10%或更高。

整定PID控制器，验证结果

点击调优开始对buck变换器进行两次仿真，并对PID控制器进行整定。

在调谐过程结束时，调谐增益、估计相位裕度和标称装置输入显示在基于频率响应的PID调谐器对话框中的优化结果部分。检查估计相位裕度，以确保它接近目标相位裕度。

为了验证结果，使用调谐PID增益来模拟模型。点击更新PID块将调谐增益写入PID控制器块。然后对模型进行仿真，验证PID控制器的性能。

bdclose (“scdbuckconverter”）