電力電子系統依靠反饋控制將來自電源的電壓和電流轉換為負載所需的電壓和電流。例如，dc-dc功率轉換器使用控制系統來實現期望的輸出電壓電平，並隨著源電壓和負載電阻的變化而保持該電平。
電力電子工程師的控制設計基於經典控制理論。由於該理論基於線性時不變(lti)系統，例如傳遞函式和狀態空間模型，因此要將其應用於電力電子系統，工程師需要找到此類系統的lti表示形式。
頻率響應估計(也稱為ac掃瞄)通常用於計算電力電子模型的lti表示。頻率響應估計包括將振幅和頻率可控的小擾動訊號疊加到以穩定狀態執行的系統的輸入上，並測量系統對此擾動的響應。然後，可以使用測得的輸入和輸出訊號來計算頻率響應或傳遞函式，即代表工作點周圍系統動態的lti系統。
本文介紹了乙個六步工作流，用於估算開環公升壓轉換器的頻率響應。
公升壓轉換器是公眾已知的開關模式轉換器，其能夠產生大於直流輸入電壓的直流輸出電壓。在許多應用中，它用於將低壓電源連線到高壓負載，包括消費類電子產品，電動汽車，電動船和飛機，可再生能源和led驅動器。
我們的開關模式開環公升壓轉換器模型是由simscape electrical™元件構建的(圖1)。假定轉換器在連續導通模式(ccm)下工作，這意味著當轉換器在穩態下工作時，電感電流永遠不會為零。分別為占空比和輸出電壓設定用於頻率響應估計的輸入擾動和輸出測量點。然後，從控制到輸出的傳遞函式將占空比作為控制輸入，將輸出電壓作為輸出。
圖1.具有輸入擾動和輸出測量的開關模式開環公升壓轉換器模型。
頻率響應估計工作流程涉及以下六個步驟。
為此，我們配置了線性化分析點，這些點指定了simulink control design™中從linearization manager應用程式進行估計的輸入和輸出。我們將輸入擾動分配給占空比，將輸出測量值分配給輸出電壓(圖2)。
圖2.指定了線性化點的linearization manager工具條。
為了獲得準確捕捉系統動態的頻率響應，應在穩態工作點進行估算。**結果表明，公升壓轉換器在大約0.005秒後達到穩態工作狀態(圖3，左)。我們可以在0.005秒時拍攝乙個**快照，以找到穩態工作點(圖3，中間)。在模擬結束時，將operatingpoint在應用程式工作區中建立乙個物件。我們可以通過單擊「 initialize model」(此圖為右圖3)來初始化該物件的模型。注意：重要的是要確保在擾動噴射過程中沒有引起工作點變化的干擾。
圖3.輸出電壓初始瞬變(左)，**快照(中)和模型初始化(右)。
從model linearizer應用程式中，我們選擇正弦流作為擾動訊號。正弦波訊號由一定時間內激勵系統的正弦波掃瞄組成。首先，我們指定正弦掃瞄應覆蓋的頻率範圍(圖4)。
圖4.頻率響應估計器應用程式，選擇了正弦流攝動訊號(左)和頻率範圍(右)。
然後，我們可以為所有頻率或子集指定幅度，週期數，斜坡週期和建立週期(圖5)。
圖5.正弦訊號的引數選擇(左)和相應的實現方式(右)。
要開始計算，請單擊「估計」選項卡中的「估計」按鈕。在模擬執行時，simulink control design在指定的輸入端注入正弦訊號，並在輸出端測量響應。在模擬結束時，將frd在應用程式工作區中建立乙個物件。該物件收集頻率響應資料，即非引數模型，將系統描述為離散的頻率點。圖6顯示了時域和頻域結果。
圖6.時域和頻域的**結果。
在此步驟中，我們idtf使用tfestsystem identification toolbox™中的命令將傳遞函式擬合到資料(提取物件表示的引數模型)。為此，我們需要將已識別的frd物件從linear analysis工作空間複製到matlab工作空間(圖6中的紅色箭頭)。然後，我們可以tfest在命令列或指令碼中使用該命令。由於公升壓轉換器是乙個二階系統，因此tfest需要將極數設定為2。如果我們不知道要為其估計動力學的系統的階數，則可以嘗試使用幾個不同的值來計算並選擇可提供合適擬合的最低值。
首先，我們驗證ccm中公升壓轉換器的引數和非引數估計。圖7顯示兩個估算值緊密匹配。
圖7.非引數和引數估計的波特圖。
接下來，我們在simulink中進行的時域驗證®與開關模式公升壓轉換器和執行引數估計的傳遞函式塊模擬。我們測量並比較兩個系統對相同的小擾動訊號的響應，即在穩態占空比上疊加了2％的正階躍。圖8顯示了估計的模型響應與切換模型的響應非常匹配，從而驗證了估計本身。
圖8.時域驗證，顯示切換模型和估計模型對相同的小擾動訊號的響應。
現在我們有了公升壓轉換器模型的計算lti表示形式，可以將其用於控制設計和分析。具體來說，我們可以將估計的lti物件匯入pid調諧器應用程式，以調整控制器引數以滿足頻寬，相位裕度和其他反饋動態要求。
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