升压转换器模型

本例使用升压转换器模型作为电力电子系统的一个例子。升压转换电路通过控制源电压的斩波或开关将一个直流电压转换为另一个通常更高的直流电压。

mdl ='scdboostconverter';open_system (mdl)

在该模型中，由脉冲宽度调制（PWM）信号驱动的MOSFET用于切换。输出电压应该受到调节到参考价值．数字PID控制器调整PWM占空比，，基于电压误差信号。对于此示例，您可以估计从PWM占空比到负载电压的频率响应．

Simscape Electrical软件包含许多电力电子系统的预定义块。该模型包含具有两个版本的Boost转换器模型的变体子系统：

找到模型工作点

要为升压转换器设计一个控制器，必须首先确定要转换器操作的稳态操作点。有关查找操作点的更多信息，请参阅寻找Simscape模型的稳态工作点．对于此示例，请使用从仿真快照估计的操作点。

要找到操作点，请使用模型线性化电路．打开模型线性化电路，在Simulin金宝appk模型窗口中，在应用选项卡，单击模型线性化电路．

在里面模型线性化电路，在这方面线性分析选项卡,手术点下拉列表，选择拍摄仿真快照．

在“输入快照时期”对话框中，在“中”仿真快照时代字段中,输入0.045，这是闭环系统达到稳定状态的足够的时间。

点击拍摄快照．

该软件模拟模型，并创建一个包含模型在指定快照时间的输入值和状态值的工作点。这个操作点,op_snapshot1，被添加到线性分析工作区．

要使用计算的操作点初始化模型，请双击op_snapshot1．

在“编辑”对话框中，单击初始化模型．

在“初始化模型”对话框中，选择Matlab工作区，然后点击好吧．该软件将操作点导出到MATLAB®工作区，并在操作点中使用输入和状态初始化模型。

收集频率响应数据

在收集频率响应数据之前，必须首先指定要查找频率响应的模型的部分。对于此示例，该模型包含在PID控制器块的输出和输入处的开环输入和输出线性分析点。

要收集频率响应数据，还必须指定输入信号。对于此示例，请使用固定步骤SINESTEAM信号。有关定义SINESTREAM输入信号的更多信息，请参阅Sinestream输入信号．

在这一点估计选项卡,输入信号下拉列表中,单击固定采样时间sinestream．

在“指定”固定采样时间对话框中，指定一个采样时间的5E-6.秒。SINESTREAM输入信号的采样时间必须与输入线性分析点处的采样时间匹配。

点击好吧．

在“使用”固定采样时间“对话框的”创建中央流输入“对话框中，配置SINESTEAM信号的参数。

指定估计的频率单位。在里面频率单位下拉列表，选择赫兹．

对于本例，频率响应估计可以对每个频率使用一个模拟，也可以对所有频率使用一个模拟。在里面仿真顺序下拉列表，选择默认选项所有频率的单一仿真．如果你有Parallel Computing Toolbox™软件，你可以通过选择加速频率响应估计每个模拟一个频率并启用并行池进行估计。要启用并行池，请执行估计选项卡，单击更多选择，然后在对话框中选择在评估期间使用并行池．

若要指定估计植物响应的频率，请单击+图标。

在“添加频率”对话框中，指定15.对数间隔的频率范围从50赫兹至5 kHz.．

点击好吧

为确保系统兴奋，请在所有频率下设置幅度。如果输入幅度太大，则升压转换器将以不连续电流模式运行。如果输入幅度太小，则SINESTREAM将无法从电力电子电路中的纹波中无法区分。这两种情况都产生了不准确的频率响应估计结果。

要设置幅度，首先选择绘图区域中的所有频率。然后，在里面振幅字段，类型0.01．

将所有其他SINESTREAM设置留在其默认值。

要创建SINESTREAM信号，请单击好吧．

该模型具有时变线和载荷干扰，建模为将干扰频率响应估计的步骤功能。在模拟过程中保持这些干扰常量，请单击更多选择．然后，在频率响应估计对话框的选项中，在随时间变化的来源选项卡，单击自动查找和添加时变源块．

估计和绘制频率响应，在估计选项卡，单击波德．

该软件估计频率响应并显示结果BODE PLOT 1．使用离散点绘制频率响应，并显示1200和1600 rad / s之间的峰值响应。

要调整PID控制器，必须将频率响应输出到MATLAB®工作空间。在里面数据浏览器,拖Estsys1.来自线性分析工作区到了Matlab工作区．

指定控制器结构

在调整PID控制器块之前使用PID调谐器，必须首先指定控制器结构。为此，请双击PID控制器块。然后，指定以下控制器参数：

对于此示例，请使用当前的控制器配置;也就是说，不带防卷绕的离散时间并行形成PID控制器。

使用PID调谐器，您可以调整以下控制器块的参数：

如果您的模型使用Simscape Electrical离散PI控制器（Simscape电气）块或者具有整体防卷的离散PI控制器（Simscape电气）块，在调整之前，必须使用PID控制器块替换此块。

优化控制器

打开PID调谐器， 点击调．什么时候PID调谐器首先打开，它试图线心化模型。由于PWM组件，模型分析地线性化为零。

对于本例，您使用估计的频率响应数据作为您的工厂模型来调整控制器。若要导入频响数据，请在PID调谐器选项卡，单击植物，然后，创造一个新工厂， 点击进口．

在里面获得植物模型对话框中,选择导入LTI系统，以及在表中，选择Estsys1.．

点击好吧．

由于您正在使用估计的频率响应，PID调谐器无法绘制一步响应。要查看频率响应，请单击添加图，而且波德， 点击开环．

关上步骤图文档。

BODE图显示块响应（虚线）和调谐响应（实线）。块响应是PID控制器块中当前PID增益的开环响应。调谐响应是使用调谐PID增益的开环响应PID调谐器．

在带宽和相位范围内调整控制器，在频域中设计控制器。在里面领域下拉列表，选择频率．

对于此示例，请设置带宽和阶段边缘根据[1]中规定的设计标准，分别为9425 rad / s（1.5 kHz）和60°。

PID调谐器选择符合这些设计规范的控制器参数。

单击，可以查看调谐后的控制器参数和性能指标，包括增益和相位裕度显示参数．调谐结果在约9425 rad / s约9425 rad / s的情况下具有无限增益余量和65°级余量。

要使用调谐增益更新PID控制器块，请单击更新块．

验证控制器

您可以使用带有线路和负载干扰的模拟来检查调谐控制器性能。要检查控制器动态性能，Simulink模型使用以下干扰：金宝app

模拟模型。

控制器拒绝良好的线条和负载扰动。

参考文献

李，s.w。电压型升压变换器的实用反馈回路分析申请报告。SLVA633。德州仪器。2014年1月。www.ti.com/lit/an/slva633/slva633.pdf

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