数字控制的功率级电压
这个例子展示了如何优化高性能数字控制器带宽接近采样频率。
电压调整阶段
我们使用仿真软金宝app件模型的电压控制器的功率级电子设备:
open_system (“rct_powerstage”)
功率级放大器被建模为一个二阶线性系统的频率响应:
波德(psmodel)网格
控制器必须调节电压Vchip交付给设备跟踪定位点Vcmd和负载电流的变化不敏感iLoad。控制结构由一个反馈补偿器和一个扰动前馈补偿器。的电压文进入放大器是有限的
。控制器采样率是10 MHz(样品时间Tm是1 e -秒)。
性能需求
这个应用程序是一个挑战,因为控制器带宽必须在奈奎斯特频率的方法π/ Tm= 31.4 MHz。为了避免混叠问题离散化时连续时间控制器,最好直接在离散时间优化控制器。
功率级应该回应选点所需电压的变化Vcmd在大约5采样周期峰值误差(在频率)的50%。使用一个跟踪需求捕捉这一目标。
Req1 = TuningGoal.Tracking (“Vcmd”,“Vchip”5 * Tm, 0, 1.5);Req1。Name =“定位点变化”;viewGoal (Req1)
功率级也应该很快拒绝负载扰动iLoad。表达这个需求的获得iLoad来Vchip。这个增益应该低,低频干扰抑制。
s =特遣部队(“年代”);nf =π/ Tm;%奈奎斯特频率Req2 = TuningGoal.Gain (“iLoad”,“Vchip”1.5 e - 3 * s / nf);Req2。专注= (nf / 1 e4, nf);Req2。Name =负载扰动的;
高性能的要求可能会导致高控制努力和饱和度。对于ramp概要vcmd在仿真软件中指定模型(从0到1采样金宝app时间大约在250年),我们要避免触及饱和约束
。斜坡命令使用病原过滤模型,并从限速要求获得的输入
小于
。
RateLimiter = 1 / (250 * Tm * s);%坡道模型仿真软件的命令金宝app% | RateLimiter * (Vcmd - > Vin) | < VmaxReq3 = TuningGoal.Gain (“Vcmd”,“文”,/ RateLimiter);Req3。专注= (nf / 1000, nf);Req3。Name =“饱和”;
以确保足够的鲁棒性,需要至少7分贝增益裕度和45度阶段保证金核电站输入。
Req4 = TuningGoal.Margins (“文”7、45);Req4。Name =“利润”;
最后,反馈补偿器有一个倾向于取消植物共振切口。这种植物反演共振频率时可能会导致糟糕的结果并不完全已知或变化。为了避免这种情况,施加最小闭环阻尼为0.5积极抑制植物的共振模式。
Req5 = TuningGoal.Poles (0、0.5、3 * nf);Req5。Name =“阻尼”;
调优
下一个使用systune调整控制器参数上面定义的需求。第一次使用slTuner接口配置优化的仿真软件模型。金宝app特别是,指定有两个可调模块和模型应该在样本时间线性化和优化Tm。
TunedBlocks = {“补偿”,“杉”};ST0 = slTuner (“rct_powerstage”,TunedBlocks);ST0。Ts = Tm;%为开放注册的兴趣点和闭环分析addPoint (ST0, {“Vcmd”,“iLoad”,“Vchip”,“文”});
我们想要使用一个冷杉过滤器作为前馈补偿器。为此,创建一个参数化的一阶数字滤波器,并将其分配给“前馈冷杉”块模型。金宝app
冷杉= tunableTF (“杉”1 1、Tm);%修复分母z ^ nFIR.Denominator。值= 0 [1];FIR.Denominator。自由= false;setBlockParam (ST0“杉”、冷杉);
请注意,slTuner自动参数化反馈补偿器作为三阶状态空间模型(模型块中指定的顺序)。金宝app下一个优化前馈和反馈补偿器systune。把阻尼和保证金要求硬约束和尝试最好的满足剩余的需求。
rng (0) topt = systuneOptions (“RandomStart”6);圣= systune (ST0 [Req1 Req2 Req3], [Req4 Req5], topt);
最后:软= 1.29,= 0.92462,最后迭代= 362:软= 1.29,= 0.99376,最后迭代= 342:软= 1.3,= 0.97658,最后迭代= 379:软= 1.29,= 0.8722,最后迭代= 354:软= 1.3,= 0.99377,最后迭代= 431:软= 1.29,= 0.85451,最后迭代= 297:迭代软= 1.29,= 0.95438,= 438
最好的设计满足硬约束(硬小于1),几乎满足其他约束(软接近1)。这个图形验证通过绘制调谐响应为每一个需求。
图(“位置”,10、10、1071、714)viewGoal ([Req1 Req2 Req3 Req4 Req5],圣)
验证
首先验证设计线性域使用slTuner接口。绘制闭环反应步骤的命令Vcmd和一步干扰iLoad。
图(“位置”[100100560500])次要情节(2,1,1)步骤(getIOTransfer(圣,“Vcmd”,“Vchip”),20 * Tm)标题(“电压响应步骤命令”次要情节(2,1,2)步骤(getIOTransfer(圣,“iLoad”,“Vchip”),20 * Tm)标题(“拒绝在负载电流扰动步”)
使用getLoopTransfer计算的开环反应植物输入并添加植物和反馈补偿器响应。
clf L = getLoopTransfer(圣,“文”1);C = getBlockValue(圣“补偿”);bodeplot (L, psmodel (2), C (2), {1 e - 3 / Tmπ/ Tm})网格传奇(的开环反应,“植物”,“补偿”)
控制器实现所需的带宽和反应不够快。调优参数值应用到仿真软件模型和模拟调谐响应。金宝app
writeBlockValue (ST)
下面的非线性仿真的结果出现。请注意,控制信号文大约是在
饱和的选点跟踪部分仿真的范围。
图1:应对坡道命令和步骤负载扰动。
图2:输入电压幅度文在选点跟踪阶段。
另请参阅
systune (slTuner)(金宝app仿真软件控制设计)|slTuner(金宝app仿真软件控制设计)|TuningGoal.Tracking|TuningGoal.Gain|TuningGoal.Margins
