В этом примере показано, как идентифицировать модель частотного диапазона использование псевдослучайной двоичной последовательности (PRBS) для системы силовой электроники, смоделированной в Simulink® с помощью компонентов Simscape™ Electrical™. Этот пример обращается к процессу оценки частотной характеристики в рабочем процессе проектирования контроллера с помощью PRBS в качестве входного сигнала.
Как правило, системы силовой электроники не могут линеаризоваться, потому что они используют высокочастотные компоненты переключения, такие как генераторы модуляции длительности импульса (PWM). Однако большинство настраивающих инструментов ПИДа Simulink Control Design™ проектирует коэффициенты ПИД на основе линеаризовавшей модели объекта управления. Чтобы получить такую модель для модели силовой электроники, которая не может линеаризоваться, можно оценить частотную характеристику объекта в области значений частот, как показано в этом примере.
Чтобы собрать данные о частотной характеристике, вы можете:
Оцените частотную характеристику объекта в командной строке.
Оцените частотную характеристику объекта с помощью приложения Model Linearizer.
В этом примере показано, как оценить частотную характеристику объекта в Model Linearizer. Чтобы изучить, как оценить частотную характеристику объекта для системы силовой электроники в командной строке с помощью входного сигнала PRBS, смотрите Оценку Частотной характеристики для Модели Силовой электроники Используя Псевдослучайный Двоичный сигнал.
Этот пример использует модель конвертера повышения в качестве системы силовой электроники. Схема конвертера повышения преобразует одно напряжение постоянного тока в другого, обычно выше, напряжение постоянного тока управляемым прерыванием или переключением исходного напряжения.
mdl = 'scdboostconverter';
open_system(mdl)
Эта модель использует MOSFET, управляемый сигналом PWM для переключения. Выходное напряжение отрегулирован к ссылочному значению . Цифровой ПИД-регулятор настраивает рабочий цикл PWM, , на основе сигнала ошибки напряжения. В данном примере вы оцениваете частотную характеристику от рабочего цикла PWM до напряжения загрузки .
Программное обеспечение Simscape Electrical содержит предопределенные блоки для многих систем силовой электроники. Эта модель содержит различную подсистему с двумя версиями модели конвертера повышения:
Повысьте схему конвертера, созданную с помощью компонентов электроэнергии. Параметры элементов схемы основаны [1].
Повысьте блок конвертера, сконфигурированный, чтобы иметь те же параметры как схема конвертера повышения. Для получения дополнительной информации об этом блоке смотрите Конвертер Повышения (Simscape Electrical).
Чтобы использовать версию блока Boost Converter подсистемы, в модели, нажимают Boost Converter Block или используют следующую команду.
set_param([bdroot '/Simscape Power Systems Boost Converter'],... 'OverrideUsingVariant','block_boost_converter');
Чтобы открыть Model Linearizer, в окне модели Simulink, в галерее Apps, нажимают Model Linearizer.
Чтобы оценить частотную характеристику для конвертера повышения, необходимо сначала определить установившуюся рабочую точку, в которой вы хотите, чтобы конвертер действовал. Для получения дополнительной информации о нахождении рабочих точек смотрите, Находят Установившиеся Рабочие точки для Моделей Simscape. В данном примере используйте рабочую точку, оцененную из снимка состояния симуляции в 0,045 секунды.
Чтобы задать время снимка состояния симуляции, в Model Linearizer, на вкладке Linear Analysis, в списке Рабочих точек, выбирают Take Simulation Snapshot.
Во Ввести времена снимка состояния, чтобы линеаризовать диалоговое окно, в поле времен снимка состояния Симуляции, вводят 0.045.
Нажмите Take Snapshots, чтобы найти рабочую точку модели. Рабочая точка, op_snapshot1, появляется в Браузере Данных, в разделе Linear Analysis Workspace.
Чтобы инициализировать модель вычисленной рабочей точкой, дважды кликните op_snapshot1, и затем в Edit диалоговое окно нажимают Initialize Model.
В диалоговом окне Initialize Model задайте Имя переменной для объекта рабочей точки. В качестве альтернативы можно использовать имя переменной по умолчанию.
Чтобы экспортировать рабочую точку в рабочую область MATLAB® и установить начальное условие модели к этой рабочей точке, нажать ОК.
По умолчанию Model Linearizer использует аналитические точки линеаризации, заданные в модели (модель I/Os), чтобы определить, где ввести тестовый сигнал и где измерить частотную характеристику. Модель scdboostconverter содержит предопределенные линейные аналитические точки: точка ввода в ПИД-регуляторе выход и разомкнутый контур выход перед блоком суммы отрицательной обратной связи.
Если вы хотите получить частотную характеристику различного фрагмента модели на вкладке Estimation Model Linearizer, используйте Анализ I/Os выпадающий список. Аналитические точки для оценки работают одинаково, когда анализ указывает для линеаризации. Для получения дополнительной информации о линейных аналитических точках, смотрите, Задают Фрагмент Модели, чтобы Линеаризовать.
PRBS является периодическим, детерминированным сигналом со свойствами "белый шум как", который переключает между двумя значениями. PRBS является по сути периодической длиной периода имеющей сигнала , где порядок PRBS.
Чтобы создать входной сигнал PRBS, в Model Linearizer, на вкладке Estimation, под Входным сигналом, выбирают PRBS Pseudorandom Binary Sequence.
В диалоговом окне входа Create PRBS, сначала устанавливает Шаг расчета на 5e–6 совпадать с шагом расчета при инжекции входного сигнала в модели. Затем задайте частотный диапазон как от 300 рад/с до 30 000 рад/с с помощью Min и параметров Max, и затем нажмите Compute Parameters. Программное обеспечение вычисляет Количество параметров сигнала периодов и порядок Сигнала на основе заданного частотного диапазона. Автоматическое определение параметра помогает создавать входной сигнал, который приводит к точной частотной характеристике по заданному частотному диапазону.
Чтобы использовать апериодический PRBS, определите Номер параметра периодов к 1.
Чтобы гарантировать, что система правильно взволнована, устанавливает амплитуду возмущения на 0.05 использование Амплитудного параметра. Если входная амплитуда является слишком большой, конвертер повышения действует в прерывисто-текущем режиме. Если входная амплитуда слишком мала, PRBS неотличим от пульсаций в электронных схемах степени.
Нажать ОК. Программное обеспечение добавляет сигнал PRBS в Линейную Аналитическую Рабочую область.
Во вкладке Estimation выберите op_snapshot1 как рабочая точка оценки.
Найдите все исходные блоки в путях прохождения сигнала линеаризации выходными параметрами, которые генерируют изменяющиеся во времени сигналы. Такие изменяющиеся во времени сигналы могут вмешаться в сигнал в выходных точках линеаризации и привести к неточным результатам оценки. Чтобы отключить изменяющиеся во времени исходные блоки, нажмите More Options. В Опциях для диалогового окна оценки частотной характеристики, на вкладке Time Varying Sources, нажимают Find и добавляют время различные исходные блоки автоматически.
Закройте диалоговое окно после того, как пути к блоку появятся.
Чтобы оценить и построить частотную характеристику, на вкладке Estimation, нажимают Bode. Предполагаемая система, estsys1, появляется в Линейной Аналитической Рабочей области и добавляется к Диаграмме Боде 1.
Оценка частотной характеристики с входным сигналом PRBS приводит к результатам с большим количеством точек частоты. Можно использовать функциональность Утончения Результата, чтобы извлечь интерполированный результат предполагаемой модели частотной характеристики через заданный частотный диапазон и количество точек частоты.
Чтобы извлечь результат по желаемому частотному диапазону от 300 рад/с до 30 000 рад/с, выберите estsys1 в Линейной Аналитической Рабочей области, и на вкладке Plots и Results нажимают Result Thinning. В Задавать диалоговом окне частот введите частотный диапазон от 300 рад/с до 30 000 рад/с. Кроме того, задайте 30 логарифмически расположенных с интервалами точек частоты.
Нажать ОК. Предполагаемая система, estsys1_thinned, появляется в Линейной Аналитической Рабочей области. Чтобы построить разбавленный результат, выберите estsys1_thinned и нажмите Bode.
В Model Linearizer можно также сравнить данные о частотной характеристике с результатом, полученным с помощью сигнала sinestream. Загрузите предоставленный результат оценки частотной характеристики используя следующую команду.
load frdSinestreamРезультат estsysSinestream модель с 15 логарифмически расположенными с интервалами частотами, оцененными с помощью sinestream в пределах от от 50 Гц до 5 кГц.
Чтобы сравнить результат sinestream с разбавленным результатом в Model Linearizer, выберите estsysSinestream в панели рабочего пространства MATLAB Браузера Данных и нажимают Bode Plot 2.
Чтобы найти итоговое время симуляции взятым для оценки частотной характеристики входным сигналом, выберите входной сигнал в Линейной Аналитической Рабочей области и просмотрите время симуляции в Переменной панели Предварительного просмотра Model Linearizer. В качестве альтернативы можно экспортировать входные сигналы в рабочее пространство MATLAB и использовать getSimulationTime функция. Загрузите ранее сохраненный сеанс для этого примера.
load boostconv_frdPRBS.mat
tfinal_sinestream = in_sine1.getSimulationTimetfinal_sinestream = 0.2833
tfinal_prbs = in_prbs1.getSimulationTime
tfinal_prbs = 0.0819
Время симуляции с in_prbs1 приблизительно 30% времени, потраченного in_sine1 оценить частотную характеристику модели. Это указывает, что оценка частотной характеристики с входным сигналом PRBS намного быстрее, чем sinestream входной сигнал.
Предполагаемая частотная характеристика заканчивается estsys1_thinned тесно соответствия estsysSinestream. Поскольку входной сигнал PRBS оценивает частотные характеристики с большим количеством точек частоты, результат оценки предоставляет больше информации о резонирующих характеристиках системы. Чтобы получить подобные результаты с помощью sinestream входного сигнала, вы можете должны быть увеличить число точек частоты, которое приводит к увеличению во время оценки. Можно использовать этот подход, чтобы получить точные результаты оценки частотной характеристики в более коротком времени симуляции по сравнению с оценкой с сигналами sinestream.
Закройте модель.
close_system(mdl,0)
[1] Ли, Анализ Обратной связи С. В. Прэктикэла для Конвертера Повышения Режима Напряжения. Отчет SLVA633 приложения. Texas Instruments, 2014. https://www.ti.com/lit/an/slva633/slva633.pdf.