Повысьте модель конвертера

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 $$Vout$$ отрегулирован к ссылочному значению $$Vref$$. Цифровой ПИД-регулятор настраивает рабочий цикл PWM, $$Duty$$, на основе сигнала ошибки напряжения. В данном примере вы оцениваете частотную характеристику от рабочего цикла PWM до напряжения загрузки $$Vout$$.

Программное обеспечение Simscape Electrical содержит предопределенные блоки для многих систем силовой электроники. Эта модель содержит различную подсистему с двумя версиями модели конвертера повышения:

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');

Откройте Model Linearizer и найдите рабочую точку модели

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.

Задайте фрагмент модели, чтобы оценить

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.

Создайте псевдослучайный входной сигнал двоичной последовательности

PRBS является периодическим, детерминированным сигналом с подобными белому шуму свойствами что сдвиги между двумя значениями. PRBS является по сути периодической длиной периода имеющей сигнала $2^{\mathit{n}}-1$, где $\mathit{n}$ 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.

Соберите данные о частотной характеристике

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.

Утончение результата оценки частотной характеристики

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.

Сравните данные о частотной характеристике с результатами Sinestream FRE

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 frdSinestream

Результат 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.getSimulationTime

tfinal_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)

Ссылки

[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.