Модель конвертера Boost

Этот пример использует модель усилителя конвертера, основанную на scdboostconverter. Модель изменяется блоком Probe и точками линейного анализа, чтобы измерить входной ток.

Откройте модель.

mdl = 'scdboostconverterMeasureAdmittance';
open_system(mdl)

Чтобы использовать блок версию подсистемы Boost Converter, в модели нажмите Boost Converter Блока или используйте следующую команду.

set_param([bdroot '/Simscape Power Systems Boost Converter'],...
    'OverrideUsingVariant','block_boost_converter');

Поиск рабочей точки модели

Чтобы оценить частотную характеристику для усилителя, необходимо сначала определить установившуюся рабочую точку, в которой вы хотите, чтобы преобразователь работал. Для получения дополнительной информации о поиске рабочих точек смотрите Найти статические рабочие точки для моделей Simscape. В данном примере используйте рабочую точку, оцененную из моментального снимка симуляции в 0,045 секунды.

opini = findop(mdl,0.045);

Инициализируйте модель с вычисленной рабочей точкой.

set_param(mdl,'LoadInitialState','on','InitialState','getstatestruct(opini)');

Создайте псевдослучайные двоичные и синестреемные входные сигналы

Псевдослучайный двоичный сигнал (PRBS) является периодическим, детерминированным сигналом с белошумоподобными свойствами, который смещается между двумя значениями. PRBS является по своей сути периодическим сигналом с максимальной длиной периода, где является порядком PRBS. Для получения дополнительной информации смотрите Входные сигналы PRBS.

Создайте PRBS со следующим строением:

in_PRBS = frest.PRBS('Order',14,'NumPeriods',1,'Amplitude',0.5,'Ts',5e-6);

Создайте входной сигнал синестрима с 30 частотами между 200 рад/с и 600000 рад/с. Установите амплитуду входного сигнала равную 0,25, чтобы она соответствовала входному сигналу PRBS.

in_Sinestream = frest.createFixedTsSinestream(5e-06,{200,6e5});
in_Sinestream.Amplitude = 0.25;

Использование различных входных сигналов приводит к другому времени симуляции для процесса оценки частотной характеристики. Для достижения аналогичных результатов входной сигнал PRBS обычно занимает намного меньше времени симуляции, чем входной сигнал синестреама. Здесь, in_PRBS занимает около 15% времени симуляции как in_Sinestream.

Ниже приведено время симуляции для оценки частотной характеристики по in_PRBS.

in_PRBS.getSimulationTime

ans =

    0.0819

Ниже приведено время симуляции для оценки частотной характеристики по in_Sinestream.

in_Sinestream.getSimulationTime

ans =

    0.5207

Сбор данных частотной характеристики

Чтобы собрать данные частотной характеристики, можно оценить частотную характеристику объекта в командной строке. Для этого сначала получите входные и выходные точки линейного анализа из модели.

io = getlinio(mdl);

Задайте рабочую точку, используя начальные условия модели.

op = operpoint(mdl);

Найдите все исходные блоки в сигнальных путях выходов линеаризации, которые генерируют изменяющиеся во времени сигналы. Такие изменяющиеся во времени сигналы могут мешать сигналу в выходных точках линеаризации и приводить к неточным результатам оценки.

srcblks = frest.findSources(mdl,io);

Чтобы отключить изменяющиеся во времени исходные блоки, создайте frestimateOptions опция устанавливает и задает BlocksToHoldConstant опция.

opts = frestimateOptions;
opts.BlocksToHoldConstant = srcblks;

Оцените частотную характеристику, используя входной сигнал PRBS.

sysest_prbs = frestimate(mdl,io,op,in_PRBS,opts);

Оценка частотной характеристики входным сигналом PRBS приводит к результатам с большим количеством частотных точек. Программное обеспечение Simulink Control Design позволяет вам оценить частотную характеристику объекта с помощью приложения Model Linearizer. Можно также использовать Model Linearizer, чтобы дополнительно улучшить частотную характеристику, оцененную в командной строке.

Можно использовать Утончение Результата в Model Linearizer, чтобы извлечь интерполированный результат из предполагаемой модели частотной характеристики через заданную частотную область значений и количество частотных точек. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Утончение результатов».

Применить утончение к sysest_prbs по частотам между 200 рад/с и 600 000 рад/с с 50 логарифмически разнесенными частотными точками.

Нажмите OK. Утонченная модель, sysest_prbs_thinned, появляется в Рабочей области MATLAB ®.

Для сравнения оцените частотную характеристику, используя заданный входной сигнал синестреама.

sysest_sine = frestimate(mdl,io,op,in_Sinestream,opts);

Аналитическая передаточная функция модели Boost Converter

Сравните результаты оценки с аналитической передаточной функцией на основе параметров компонента. Используйте следующие параметры из модели.

L = 20e-6;
C = 1480e-6;
R = 6;
rC=8e-3;
rL=1.8e-3;

Для вычисления аналитической передаточной функции требуется фактическое значение коэффициента заполнения. Для этого усилителя используйте зарегистрированный коэффициент заполнения в рабочей точке.

D = 0.734785;
d = 1-0.734785;

Определите аналитическую передаточную функцию, которая основана на [1], используя параметры компонента в модели усилителя конвертера.

Yin = tf([C*(R+rC) 1], [L*C*(R+rC) L+C*rL*(R+rC)+C*R*rC-R*D*C*rC R+rL-R*D-R^2*D*d/(R+rC)]);

Для более точного описания учитывайте задержку из-за сигнала PWM в функции транфера Yin.

N = 0.5;
Ts = 5e-6;
iodelay = N*Ts; % 0.5 PWM
Yin.IODelay = iodelay;

Сравнение данных частотной характеристики с аналитической передаточной функцией

Сравните результаты FRE с помощью входных сигналов PRBS и sinestream к аналитической передаточной функции в интересующей области значений.

Загрузите утонченный результат PRBS из ранее сохраненного сеанса и постройте график результатов.

load sysest_prbs_thinned_result
figure;
bode(sysest_prbs_thinned,'b-');
hold on
bode(sysest_sine,'k*-');
bode(Yin,'r--',{10,1e6});
legend('FRE Result Using PRBS','FRE Result Using Sinestream','Analytical Result',...
    'Location','northeast')
grid on

Исследуйте диаграмму Боде. Результат FRE, полученный с использованием входного сигнала PRBS, захватывает интересные свойства частотного диапазона. Для примера результат оценки частотной характеристики с входным сигналом PRBS, вокруг величины пика, соответствует аналитической передаточной функции намного лучше, чем результат оценки частотной характеристики с входным сигналом синестрейма.

Закройте модель.

close_system(mdl,0)

Ссылки

[1] Ахмади, Реза и Мехди Фердоуси. «Моделирование замкнутой системы Входа и Выхода импедансов преобразователей Степеней постоянного тока, работающих в системах Распределения постоянного тока». 2014 IEEE Applied Степени Electronics Conference and Exposition - APEC 2014, 2014 1131-38. https://doi.org/10.1109/APEC.2014.6803449.