本文是两篇系列文章的第二个。第1部分,估计的频率响应电力电子模型引入了一个六工作流估算一个开环提高转换器的频率响应。
电力电子工程师可以使用频率响应估计(FRE)工具仿真软件控制设计™线性化开关型电力电子转换器建模,例如,Simscape电气™组件。金宝app,你选择转换模型的相关部分,并注入可控振幅和频率的扰动信号内容到系统在稳定状态。你可以计算出频率响应或传递函数代表了系统动力学在操作点附近。
窄带和宽带信号都可以在仿真软件控制设计(图1)。Sinestream是窄带干扰信号,因为它的频率内容仅限于几金宝app个频点。随机的,唧唧喳喳,伪随机二进制序列(PRBS)宽带干扰信号,作为他们的频率内容分布在一定的频谱。
图1所示。扰动信号的估计模型线性化电路仿真软件控制设计的标签。金宝app
本文比较主要的开环巴克转换器与sinestream和伪随机位序列,专注于评估时间,数量的估计频率点,估计精度。
巴克转换器的例子
buck变换器是电力电子拓扑能够为负载提供直流电压低于直流电源电压。广泛应用于许多应用程序使用不同的评级,包括消费电子产品、电动汽车、电动船和飞机,可再生能源,和领导的司机。下载188bet金宝搏
图2显示了一个开关型buck变换器与Simscape电气™组件建模。在连续导电模式(CCM)——也就是说,电感电流从未在稳态趋于零。转换器在开环运行,由PWM发生器驱动块与一个恒定的工作周期。模拟一个真实的嵌入式控制器,抽样包括在模型中。线性化分析输入和输出点设置为识别control-to-output传递函数。
图2。Buck变换器模型显示采样时间(绿色和红色),以及输入和输出频率响应的分析点估计(蓝色矩形内)。
Sinestream或伪随机位序列?设置比较分析
Sinestream由一系列正弦波的频率增加。覆盖所需的频率范围,正弦波输入需要扫在可控频率增加。每个频率激发系统一定数量的时间。估计的时间可能会很长,如果许多频率点是必需的或如果需要估计频率响应在低频率。
伪随机二进制序列(PRBS)减少了估计时间。伪随机位序列是一种确定性的信号,两个值之间的通勤,white-noise-like属性。PRBS信号固有的周期性,最大周期长度为2n1,n是伪随机位序列的顺序。
图3显示了sinestream信号注入的工作周期的输出块巴克转换器。已经设置与模型线性化电路应用有15对数间隔频率100赫兹至20 kHz,每个峰值振幅为0.02(2%的责任周期)。每个频率是由四个时期。
图3。sinestream波形。
图4显示了一个单一的时间段PRBS信号设置模型线性化电路顺序11和振幅为0.04(峰)。sinestream和伪随机位序列的采样时间,设置为10µs,必须匹配控制采样时间。
图4左:伪随机位序列信号。右:放大视图。
生成图如图3和图4所示,在模型中创建扰动对象线性化电路应用,移动物体in_sine1和in_prbs1MATLAB的®工作区(图5),然后使用以下命令:
> > in_sine1。剧情> > in_prbs1.plot
图5。移动sinestream和伪随机位序列对象(蓝色)和朋友对象(红色)的MATLAB工作区。
估计的时间
估计时间的总和挂钟时间(时间运行的模拟注入sinestream或PRBS信号)加上频率响应计算时间(时间计算快速傅里叶变换(FFT)的输出输入)。因为计算时间通常比运行挂钟时间显著缩短,巴克转换器的例子将专注于后者。经过挂钟时间取决于仿真时间。
在我们的示例中,仿真时间sinestream信号是由每个15期的四倍,每段对应一个选择对数间隔的频率。你可以计算如下:
> > in_sine1。getSimulationTime ans = 0.1265
仿真时间给出了伪随机位序列的最大周期长度2n1乘以采样时间。对伪随机位序列信号in_prbs1如图4所示,n = 11和采样时间是10µs。你可以计算如下:
> > in_prbs1。getSimulationTime ans = 0.0205
注意,您需要移动物体in_sine1和in_prbs1MATLAB工作区(图5)执行上面的命令。
数量的估计频率点
频率点估计的数量的朋友对象依赖于输入信号用于评估。
如果您使用一个sinestream信号,频率估计的朋友对象中指定的频率信号。您可以验证的频率存在使用MATLAB变量编辑器(图6)发射后下面的命令:
> > f_SineStream = estsys_SineStream.Frequency;
图6。15的频率在rad / s f_SineStream变量编辑器。
如果你使用伪随机位序列,频点是由FFT计算。变量编辑器显示(图7),发射后1024频点计算下面的命令:
> > f_PRBS = estsys_PRBS.Frequency;
图7。1024年的频率在rad / s f_PRBS变量编辑器。
注意,这个向量f_PRBS包含1023个正频率以及频率点' 0 '。负频率被丢弃在FFT计算过程。
估计的准确性
与对象estsys_SineStream和estsys_PRBS搬到MATLAB工作区,可以获得非参数估计结果的波德图sinestream和伪随机位序列(图8)。结果是一致的,即使与伪随机位序列的估计似乎是粗在高频率。
图8。波德图的非参数估计结果与sinestream恒星(红色)和伪随机位序列(蓝点)。
注意,当你直接控制与sinestream最小和最大可识别的频率,这种控制是间接的伪随机位序列。事实上,最低的频率是由仿真时间的倒数(1/0.0205 = 48.7805赫兹),最高可识别的频率是由开关频率的一半的奈奎斯特频率(100 e3/2 = 50千赫),描绘成一条垂直线在图8所示。
我们现在可以计算和比较的参数估计。中描述的本系列的第1部分,您可以获得使用的参数模型特遣部队从系统辨识工具箱™。
的参数估计与sinestream,只需执行以下命令来估计一个传递函数2波兰人和没有零:
paramsys_SineStream =特遣部队(estsys_SineStream 2 0, iodelay);
的变量iodelay考虑了延迟计算,引入了PWM和抽样。图9显示了波特图与sinestream参数和非参数估计。
图9。波德图与sinestream参数和非参数估计。
参数估计与伪随机位序列,最好是薄的数据点,以确保平等权重处理可控数量的频率点特遣部队。下面的代码创建了一个的朋友对象包含100对数间隔频率100赫兹至20 kHz。这个函数插值函数可在系统辨识工具箱。
%薄的非参数估计fmin = 100;%赫兹fmax = 20 e3;%赫兹Nfreq = 100;f = logspace (log10 (fmin) log10 (fmax) Nfreq);%在新插入的朋友数据频率电网estsys_PRBS_thinned =插值函数f (estsys_PRBS 2 *π*);
然后,您可以计算参数模型:
paramsys_PRBS =特遣部队(estsys_PRBS_thinned 2 0, iodelay);
图10显示了参数和非参数减少估计的波德图和伪随机位序列。
图10。波德图和伪随机位序列参数和非参数减少评估。
最后,如果你画出参数估计与sinestream和伪随机位序列,并将它们与等效分析比较control-to-output传递函数(图11),你可能会注意到以下几点:
- 参数估计的差异与共振频率sinestream是由于一个贫穷的初始选择的频率。
- 参数估计与伪随机位序列匹配分析传递函数。
图11。波德图的参数估计与sinestream和伪随机位序列比较分析传递函数。
结论和建议
FRE与伪随机位序列是一个快速的方法计算转移函数的开关型电力电子转换器与Simscape电气组件建模。然而,由于这种方法估计大量的频率点,需要特别注意当稀释他们最大化估计精度。
FRE sinestream通常产生精确的结果。然而,准确地估计锋利的谐振特性,您可能需要增加频率,增加了合成估计时间。
此外,由于注射时间短,主要与伪随机位序列在线估计潜力巨大。事实上,电力电子系统改变随着时间的推移,常常需要在短时间内完成评估,专用控制系统可以实时监控估计关键传输功能,必要时采取纠正措施。很明显,主要与sinestream不支持这个用例。金宝app
