小信号分析

计算功率电子模型的线性近似

小信号分析使用线性时不变(LTI)模型来近似非线性电力电子系统的行为,例如开关模式电源,该模型在感兴趣的操作点附近是有效的。小信号分析是将经典控制理论应用于电力电子系统的一个可行步骤,这需要LTI表示,如系统的传递函数或状态空间模型。

对于众所周知的简单拓扑,如升压或降压转换器,您可以解析地推导出它们的等效LTI系统。然而,对于非标准转换器拓扑和集成在复杂的基于电力电子的系统中的转换器,分析推导变得非常耗时且容易出错。

对电力电子系统进行小信号分析的一种业界公认的方法是建立仿真模型,然后进行频率响应估计。频率响应估计首先将一个定义了幅值和频率的小扰动信号叠加到电力电子系统在工作点附近的输入,然后测量系统对这个扰动的响应。然后使用摄动信号和测量的输出信号来计算频率响应或表示操作点附近系统动态的传递函数。

升压变换器的小信号分析。升压转换器在Simscape electric和Simulink(顶部)中建模。万博1manbetx万博1manbetx利用Simulink控制设计将sinestream扰动信号注入模型(左下)并计算频响(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,一种扫频信号,在一定的频率范围内激励系统,使输入频率瞬间改变。
  • 随机输入信号。
  • 阶跃输入信号。

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万博1manbetxlink,您可以:

  • 建立配电系统中开关电源、交流电机等负荷的精确仿真模型。
  • 选择多个扰动输入信号,对电力电子模型进行小信号分析。
  • 设计和调整一个补偿器,为获得的线性模型使用技术,如自动PID调整或交互式循环成型根轨迹和波德图。
  • 设计一个增益补偿器来控制电力电子系统在整个工作状态范围内的运行。
  • 通过对电力电子系统的非线性模型进行仿真,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的快速原型和生产实现的控制器。

估计电力电子模型的频率响应

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