功率因数校正(PFC)是一种增加电源的能力提供真正的权力。在这个视频中,您将了解如何使用仿真软件金宝app®执行由建模PFC提高功率因数校正变换器和调优附近的功率因数控制器增益达到统一。被动组件二极管桥式整流和boost变换器建模在Simscape电气™。级联控制器设置在仿真软件建模和控制内部电感电流环和电压外环。金宝app您将看到如何使用模型的PID调节器控制设计来优化控制器利用植物线性化模型的输出。金宝app植物线性化是通过向植物注入扰动估计频率响应模型的内外循环。金宝app仿真软件控制设计计算π收益使用这些响应模型和控制器性能验证通过运行闭环模拟。
你好。在这个视频中,我们将介绍如何设计和模拟功率因数校正的数字控制算法。
这里,我们模拟一个典型的有源功率因数校正设置使用块Simscape电气和仿真软件。金宝app让我们看一下不同的模型元素。我们有一个交流120 v rms的来源连接到一个二极管桥式整流。这种整流器是连接到一个数控提高转换器和一个电阻负载额定在400 v。
我们已经在这个子系统建模的数字控制算法控制。我们可以看到这个算法是一个级联控制回路结构。外循环控制负载电压和内循环控制电感电流。
我们的控制算法计算PWM信号驱动MOSFET的boost变换器。在这段视频中我们不会讨论如何被动元件大小。我们将与电感和电容的参数值已经在我们的模型中,但重要的是要注意,我们可以很容易地改变这些值,运行仿真,观察变化。因此,我们可以使用该仿真模型为被动元件选择最佳参数值,但是我们的重点是在数字控制算法。
在这个模型中,控制器的π收益被设置为初始猜测。这些增益值不提供最佳的功率因数校正。我们可以看到,通过运行模型。在这个情节我们看到黄色的线电压和线电流蓝色。当前波形显示谐波的存在,导致功率因数。因此,我们将需要重新调整的控制器更好的功率因数校正。
工作流将以下:我们将首先调整内循环来获取最优PID增益电流环路。内循环调整,我们将调整电压外环电压环PI控制器来计算收益。
调优,我们需要获得一个线性动力学模型。内循环,我们需要从PWM占空比获得动态电感电流。我们将使用线性分析工具从仿真软件控制设计。金宝app有了这个工具,我们可以估计的频率响应模型做一个AC扫描。我们需要做这个交流扫在适当的操作点或偏见的观点。做交流扫描我们必须取代交流电压源,直流源。
这个模型被设置为运行在其直流操作点与120 v的直流电压源和稳态工作周期为0.72 (AT1)保持恒定的直流400 v的输出。
我们可以指定感兴趣的动态电感电流的PWM占空比标记这些信号分别作为输入和输出线性化点。仿真达到稳态~ 0.15秒,所以我们将开始时频率响应估计当时已经达到稳定状态。接下来,我们指定将注入固定步骤正弦流输入样品时间为0.2微秒到模型中。我们设置了频率扫描范围从10赫兹至15 khz和信号的振幅为0.036,以确保足够的激励在操作范围内。我们选择这个信号幅度足够小,不带我们远离我们的操作点。
然后我们开始频率响应估计。模型模拟和频率响应计算。我们将导出的MATLAB工作区使用比例积分控制器调优。
在这下一步我们设置电流PI控制器控制子系统与参考测量电感电流在闭环运行。
接下来,我们调整PI控制器的增益块按调整按钮的对话框。这个启动PID调谐器试图自动线性化。因为在这个模型中我们有不连续mosfet和PWM开关等,不能线性化分析模型。然而,这是好的,因为这正是我们之前运行频率响应估计。我们现在可以简单点估计的频率响应的PID调节器。
PID调谐器使用该频率响应计算π收益提供快速和稳定的闭环系统的操作。我们可以使用滑块调整带宽和相位裕度。我们将调整为约3.760 kHz的带宽和相位的60度保持强劲的电流跟踪参考。
现在,我们可以计算ππ块的收益和更新它们我们的模型。
内部电流环调节,我们将重复这个过程优化电压外环。控制子系统,常数1块代表电感电流的要求。在我们最后的模型这个信号将由外部电压计算循环。所以对于调优外循环,我们输入线性化点这个信号,输出线性化输出电压信号。
仿真达到稳定状态在0.4秒左右,所以我们会告诉线性分析工具启动频率响应估计在那个时候。我们设置了固定一步正弦流信号样本时间0.2微秒的交流频率扫描范围从10赫兹至5 khz。扰动的振幅将0.1,以确保足够的激励。我们现在可以运行此工具和计算优化外循环的频率响应。
接下来,就像我们做内部循环,我们将设置外环控制子系统与电压PI控制器,并开始推出PID调谐器的调优。再次,类似于我们如何做到了内循环,我们导入之前估计的频率响应计算π收益。电压回路是低于内部电流环,所以我们设置带宽约55 Hz和阶段利润率保持在60度。这个选择带宽,控制器将跟随参考电压而拒绝纠正AC的120 hz振荡源。
然后我们更新的电压比例积分控制器计算收益。验证性能的非线性模型,让我们运行一个阶跃变化的参考电压。仿真结果表明鲁棒控制器性能。
现在让我们开关电压源回到最初的交流电网和运行模拟。
我们可以看到,电感电流和输出电压概要文件显示好的参考跟踪。线电流从交流电网就像一个完美的正弦信号,比当前概要文件之前控制器调优。我们看到一个减少谐波,从而提供一个更好的功率因数。
总而言之,在这个视频中,我们展示了如何模拟,设计和优化数字控制算法模型的功率因数校正。金宝app设计完成后,下一步就是生成代码的控制子系统部署嵌入式控制器和物理测试工厂。总结了视频。
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