提高转炉模型

本例使用升压转换器模型作为电力电子系统的一个例子。升压变换器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直流电压，通常是更高的直流电压。

mdl =“scdboostconverter”；open_system (mdl)

在该模型中，由脉宽调制(PWM)信号驱动的MOSFET用于开关。输出电压是否应该调整到参考值．数字PID控制器调节PWM占空比，，根据电压误差信号。对于这个例子，你估计从PWM占空比到负载电压的频率响应．

Simscape电气软件包含许多电力电子系统的预定义块。该模型包含一个具有两个升压转换器模型版本的可变子系统:

寻找模型操作点

要为升压变换器设计控制器，必须首先确定你希望变换器工作的稳态工作点。有关寻找操作点的更多信息，请参见寻找Simscape模型的稳态操作点．对于本例，使用从模拟快照中估计的工作点。

要找到操作点，使用模型线性化电路．打开模型线性化电路，在Simulink模型窗口中，对应用程序选项卡上,单击模型线性化电路．

在模型线性化电路,在线性分析选项卡,操作点下拉列表中,选择采取模拟快照．

在“输入要线性化的快照时间”对话框中，在模拟快照时间字段中,输入0.045，这足够闭环系统达到稳态。

点击采取快照．

该软件模拟模型并创建一个操作点，其中包含模型在指定快照时间的输入和状态值。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，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的工作区,然后单击好吧．该软件将操作点导出到MATLAB®工作区，并使用操作点中的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，必须首先指定要为其查找频率响应的模型部分。对于本例，该模型在PID控制器块的输出和输入处包含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。对于本例，使用固定步长正弦流信号。有关定义正弦流输入信号的更多信息，请参见Sinestream输入信号．

在估计选项卡,输入信号下拉列表中,单击固定采样时间正弦流．

在“指定固定采样时间”对话框中指定一个样品时间的5 e-6秒。sinstream输入信号的采样时间必须与输入线性分析点的采样时间匹配。

点击好吧．

在“创建固定采样时间的正弦流输入”对话框中，配置正弦流信号的参数。

指定估计的频率单位。在频率的单位下拉列表中,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。在模拟订单下拉列表，选择默认选项所有频率的单一模拟．如果您有并行计算工具箱™软件，您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，请在估计选项卡上,单击更多的选择，然后在对话框中选择在评估期间使用并行池．

若要指定估计设备响应的频率，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赫兹来5 kHz．

点击好吧．

为了确保系统被适当激励，在所有频率设置振幅。如果输入幅值太大，升压变换器将以间断电流模式工作。如果输入振幅过小，则电力电子电路中的正弦流将与波纹难以区分。这两种情况都会产生不准确的频率响应估计结果。

要设置振幅，首先选择绘图区域中的所有频率。然后,在振幅字段,类型0.01．

保持所有其他sinstream设置为默认值。

单击，创建正弦流信号好吧．

该模型将时变的线路和负载扰动建模为阶跃函数，这将干扰频率响应估计。若要在模拟过程中保持这些扰动不变，请单击更多的选择．然后，在“频率响应估计的选项”对话框中，对随时间变化的来源选项卡上,单击自动查找和添加时变源块．

要估计和绘制频率响应，在估计选项卡上,单击波德．

该软件估计频率响应，并显示结果波德图1．频率响应用离散点绘制，显示峰值响应在1200和1600 rad/s之间。

要调优PID控制器，必须将频率响应导出到MATLAB工作空间。在数据浏览器,拖estsys1从线性分析工作区到MATLAB的工作区．

指定控制器的结构

在整定PID控制器块使用PID调谐器，您必须首先指定您的控制器结构。为此，双击PID控制器块。然后，指定以下控制器参数:

对于本例，使用当前控制器配置;即无防上发条的离散时间并行式PID控制器。

使用PID调谐器，可调优以下控制器块的参数:

如果您的模型使用Simscape电气离散PI控制器(Simscape电气)块或具有积分防上发条的离散PI控制器(Simscape电气)块，您必须在调优之前用PID控制器块替换此块。

优化控制器

打开PID调谐器,点击调优．当PID调谐器首先打开，它试图线性化模型。由于PWM分量，模型解析线性化为零。

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优控制器。要导入频响数据，请在PID调谐器选项卡上,单击植物，然后，下面创建一个新工厂,点击进口．

在获得植物模型对话框中,选择导入LTI系统，并在表中选择estsys1．

点击进口．

因为你用的是估计的频率响应，PID调谐器无法绘制步长响应。单击，可查看频率响应添加图,在波德,点击开环．

关闭步骤图文档。

Bode图显示块响应(虚线)和调优响应(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．

为了在带宽和相位裕度方面优化控制器，将控制器设计在频域。在域下拉列表中,选择频率．

对于本例，设置带宽而且阶段保证金到9425 rad/s (1.5 kHz)和60°g，根据[1]中规定的设计标准。

PID调谐器选择符合这些设计规范的控制器参数。

若要查看调优后的控制器参数和性能指标，包括增益和相位裕度，请单击显示参数．调谐结果具有无限增益裕度和65度相位裕度，速度约为9425 rad/s。

要用调优增益更新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优的控制器性能。为了检验控制器的动态性能，Simulink模型使用了以下扰动:

模拟模型。

该控制器能很好地抑制线路和负载干扰。

参考文献

[1]李世威电压型升压变换器的实际反馈回路分析。申请报告。SLVA633。德州仪器。2014年1月。www.ti.com/lit/an/slva633/slva633.pdf