Buck变换器模型

降压转换器将DC转换为DC。该示例中的模型使用开关电源来将30V直流电源转换为调节的直流电源。转换器采用MOSFET建模，而不是理想的开关，以确保设备在电阻被正确表示。从参考电压到测量电压的转换器响应包括MOSFET开关。传统的PID设计需要系统的线性模型从“参考电压”（控制器输出）到测量电压。然而，在这里，由于开关，自动线性化导致零系统。当模型线性化为零时，可以使用几种替代方案：

对于此示例，使用基于频率响应的PID调谐器估计系统的频率响应并调整PID控制器。有关使用系统标识来标识植物模型的示例，请参见利用模拟的I/O数据设计PID控制器．

有关创建降压转换器模型的更多信息，请参阅巴克转换器（Simscape电气）．

open_system (“scdbuckconverter”）

该模型配置有参考电压，将15至25伏的开关在0.004秒和负载电流从0.00220.025秒切换。控制器初始化，默认增益并导致过冲和慢速稳定时间。模拟模型显示了系统的已受损和慢响应性质。

SIM（“scdbuckconverter”) open_system (“scdbuckconverter /范围1”) open_system (“scdbuckconverter /范围2”）

对于这个例子，通过使用频率响应估计和调节PID增益来表征系统，从而提高系统的带宽和相位裕度以获得更好的性能。在整定PID控制器时，请注意降压转换器系统的以下特性:

对于降压变换器系统，期望有一个低上升时间和低超调的系统。对于本例，调整控制器以实现所需的上升时间250e-6秒和低于10%的超调。

基于开放频率响应的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。在选择优化方法， 选择基于频率响应并点击调．这基于频率响应的PID调谐器打开降压转换器控制器。

这基于频率响应的PID调谐器用两个仿真来自动调整工厂的PID控制器。第一个模拟生成一个基线响应。第二个仿真在装置输入处打破回路，用正弦和阶跃信号干扰装置。调谐器取两个模拟响应之间的差异，从而消除了模型中任何扰动的影响。然后，调谐器使用得到的数据来估计设备的频率响应。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，指定调谐器执行的实验参数以估计工厂的频率响应。

开始时间是调谐器开始将扰动信号应用于工厂的时间，以秒为单位。选择要用于调整的标称操作点的起始时间。对于此示例，降压转换器具有初始瞬态，缩短0.002秒。因此，输入0.002开始时间．

指定期间扰动实验。实验期持续时间的保守估计为100除以目标带宽。目标带宽约为2 /τ，其中τ是所需的上升时间。对于该示例，所需的上升时间为250E-6秒，这导致每秒8000个弧度的目标带宽。在该示例中，保守估计持续时间为100/8000或0.0125秒。选择0.0125秒期间．

在实验过程中，该调谐器以[1/3,1,3,10]四个频率向装置中注入正弦信号。,在那里是您指定调整的目标带宽。指定注入的正弦波的幅度正弦幅度场地。

选择高于系统噪声下限且不会使系统饱和的振幅。对于本例，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]，控制器在稳态时的标称输出为0.5。为了保持在这些限制范围内，指定正弦振幅为0.1。指定标量值在所有四个频率上使用相同的振幅。

对于渐近稳定的装置，调谐器还注入一个阶跃信号来估计装置的直流增益。选择这个阶跃信号的振幅，与选择正弦振幅的考虑相同。对于本例，在一步振幅领域也是如此。

指定设计目标

最后，指定要调优的目标带宽。如前所述，目标带宽为每秒8000弧度。在带宽场地。默认目标阶段裕度为60度，对应于约10％或更高的过冲。

调整PID控制器并验证结果

点击调开始两个模拟降压转换器和调整PID控制器。

在调谐过程结束时，调谐增益、估计相位裕度和标称设备输入被显示在基于频率响应的PID调谐器对话框优化结果部分。检查估计的阶段保证金，以确保它接近了目标阶段保证金．

要验证结果，请使用调谐的PID增益模拟模型。为此，请更新PID控制器块中的增益。点击更新PID块将调谐增长写入PID控制器块。然后，模拟模型以确认PID控制器性能。

bdclose（“scdbuckconverter”）