估计电力电子模型的频率响应

本文是由两部分组成的系列文章的第一部分。第二部分，估计电力电子模型的频率响应：正弦流与伪随机二进制序列（PRBS），比较了带正弦流和带PRBS的开环buck变换器的FRE，重点讨论了估计时间、估计频率点的数量和估计精度。

电力电子系统依靠反馈控制将来自电源的电压和电流转换为负载所需的电压和电流。例如，DC-DC功率转换器使用控制系统来实现所需的输出电压电平，并在电源电压和负载电阻变化时保持该电平。

电力电子工程师的控制设计基于经典控制理论。由于该理论基于线性时不变（LTI）系统，如传递函数和状态空间模型，因此要将其应用于电力电子系统，工程师需要找到此类系统的LTI表示。

频率响应估计（也称为交流扫描）通常用于计算电力电子模型的LTI表示。频率响应估计包括将振幅和频率可控的小扰动信号叠加到稳态运行系统的输入上，并测量系统对该扰动的响应。测量的输入和输出信号可用于计算频率响应或传递函数，即表示工作点周围系统动态的LTI系统。

本文介绍了六步工作流程，用于估计开环升压转换器的频率响应。

开环升压转换器模型

升压转换器是众所周知的开关模式转换器，能够产生大于DC输入电压的直流输出电压。它用于将较低电压源连接到许多应用中的更高电压负载，包括消费电子产品，电动汽车，更多电动船和飞机，可再生能源和LED驱动器。下载188bet金宝搏

我们的开关模式开环boost变换器模型是用Simscape Electrical建立的™ 组件（图1）。假定转换器在连续导通模式（CCM）下运行，这意味着当变流器在稳态运行时，电感电流永远不会变为零。用于频率响应估计的输入扰动点和输出测量点分别设置为占空比和输出电压。然后，控制-输出传递函数将占空比作为控制输入和输出e输出电压作为输出。

频率响应估计工作流程

频率响应估计工作流程涉及以下六个步骤。

1.指定模型的哪个部分需要频率响应估计。

为此，我们配置线性化分析点，用于在Simulink Control Design™中从线性化管理器应用程序估算的输入和输出。金宝app我们将输入扰动分配给占空比和输出电压的输出测量（图2）。

2.找到工作点并初始化模型。

为了获得准确地捕获系统动态的频率响应，应在稳态操作点执行估计。仿真结果表明，在大约0.005秒后，升压转换器达到稳态操作（图3，左侧）。我们可以在0.005秒拍摄模拟快照，以找到稳态工作点（图3，中间）。在模拟结束时，一个操作点对象是在应用程序工作区中创建的。我们可以通过单击“initializemodel”（图3，右）将模型初始化为这个对象。笔记：重要的是确保在扰动注射过程中没有导致操作点发生变化的干扰。

3.创建扰动信号。

从模型线性化器应用程序中，选择Sinestream作为扰动信号。SINESTREAM信号由扫描系统在一段时间内激发系统的扫描。首先，我们指定正弦扫描应该覆盖的频率范围（图4）。

然后，我们可以为所有频率或子集指定振幅、周期数、斜坡周期和稳定周期（图5）。

4.计算非参数频率响应。

要启动计算，我们单击“估计”选项卡中的“估计值”按钮。虽然仿真正在运行，Simulink控制设计在我们指定的输入中注入了金宝appSINestream信号，并测量输出处的响应。在模拟结束时联邦德国对象是在App Workspace中创建的。该对象收集频率响应数据 - 即非参数模型，系统的描述作为离散频率点。图6显示了时域和频域结果。

5.获取参数化模型

在此步骤中，我们将传递函数适合数据（提取由AN表示的参数模型idtf对象）使用tfest系统标识工具箱中的命令™. 为此，我们需要复制已识别的联邦德国对象从线性分析工作空间到MATLAB工作空间（图6中的红色箭头）。然后我们可以使用tfest命令在命令行或脚本中。由于升压转换器是二阶系统，因此磁极的数量tfest需要设置为2.如果我们不知道我们正在估算动态的系统的顺序，我们可以尝试多个不同的值，以便为极点的数量进行选择，并选择提供可接受的拟合的最低值。

6.验证结果。

首先，我们验证CCM中升压转换器的参数和非参数估计。图7显示了两种估计紧密匹配。

接下来，我们在Simulink中执行时域验证金宝app^®用开关模式升压转换器的仿真和实现参数估计的传递函数块。我们测量并比较两个系统到相同的小扰动信号的响应，即叠加在稳态占空比上的2％正面。图8显示估计的模型响应与交换模型响应紧密匹配，验证估计本身。

现在我们有一个计算的LTI表示我们的Boost转换器模型，我们可以使用它来控制设计和分析。具体来说，我们可以将估计的LTI对象导入PID调谐器应用程序以调整控制器参数以满足带宽，相位保证金和其他反馈动态要求。