小信号分析

计算功率电子模型的线性近似

小信号分析近似非线性功率电子系统的行为,如开关电源,具有线性时变(LTI)模型,该模型是围绕所关注的操作点有效。小信号分析是一种使能步骤要应用经典控制理论电力电子系统,它需要一个LTI表示如传递函数或系统的状态空间模型。

对于众所周知的,简单的拓扑结构,如升压或降压转换器,你可以分析得出其等效LTI系统。然而,基于电力电子-非标准转换器拓扑以及用于集成在复杂的转换器系统解析推导变得非常耗时且容易出错。

一位业内人士接受的方法做小信号分析是建立电力电子系统的仿真模型,然后使用频率响应估计。频率响应估计开始与叠加定义的幅度和频率内容的小的扰动信号,以围绕工作点的功率电子系统的输入和测量系统响应于该扰动。然后,使用摄动信号和测量的输出信号,以计算频率响应或者表示在工作点附近的系统动态特性的传递函数。

对于升压转换器的小信号分析。升压转换器中的Simscape电气和Simulink(顶部)为蓝本。金宝app金宝appSimulink的控制设计用于注入一个sinestream扰动信号到模型(左下)和计算的频率响应(右下)。

你可以注入不同类型的输入信号到一个模型来计算的频率响应:

  • Sinestream,一系列正弦扰动施加一个接一个。
  • 啁啾,一个扫频信号激发该系统中的一个频率范围,使得输入频率瞬间变化。
  • 随机输入信号。
  • 步骤的输入信号。

一旦已经计算的频率响应或系统的传递函数,可以设计一个补偿器和评估它靠在线性模型。通过重复小信号分析为不同的操作条件(例如,不同的期望的输出电压电平或不同的占空比比),就可以开发一个增益调度控制器在整个期望的工作范围内操作电力电子系统。

使用Simu金宝applink,您可以:

  • 构建开关模式电源,交流电机,以及其他负载的精确仿真模型的配电系统。
  • 使用几个扰动的输入信号的选择,功率电子模型的行为的小信号分析。
  • 设计并调整为使用诸如自动调谐PID或者与根轨迹和伯德图交互式回路成形所获得的线性模型的补偿器。
  • 设计一个增益补偿计划跨越的操作条件范围内控制电力电子系统。
  • 通过模拟靠在功率电子系统的非线性模型验证和测试控制器的设计。
  • 自动生成ANSI,ISO,或处理器优化的C代码和HDL为快速原型和生产实施控制器。

估计电力电子模型的频率响应

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