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matlabsimulink仿真之BO

发布时间:2023/6/2 13:50:51   
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上一章节讲述了光伏逆变器中BOOST电路,了解了它的基本组成部分,硬件拓扑图,并完成了开环发波的仿真图;实际应用中,由于输入电压,输出负载在不断地变换,如果我们继续输出固定的PWM,则会导致输出端电压不稳,上下波动很大;上述章节推导的公式Vout=Vin/(1-D),如果D固定,Vin在不断变化,则Vout也在不断变化,明显是不符合要求的。所以我们一般都是通过输出反馈去调节输出PWM,来达到稳定输出电压的目的。

如下:VouRef为想要的输出电压值,Vout为实际的输出电压值,经过一个PID调节器控制输出duty达到稳定Vout的目的。

我们以两种方法为例,共同去做这个闭环电路;方法一是直接使用Simulink的模块搭建,观察输出波形;方法二是利用S-Function模块编写C语言程序,观察输出波形;S-Function模块中的程序就是实际应用中微控制器(MCU)的程序,可以直接拷贝到MCU中使用。

闭环控制逻辑图

SIMULINK之闭环仿真

下图是使用simulink搭建的闭环BOOST电路,与开环唯一的不同就是PWM是通过PID模块输出的。笔者使用的是离散信号模块,采样时间是是52e-8,控制频率是19.2KHz,PWM的开关周期是19.KHz。

SIMUULINK之闭环仿真模型:

SIMULINK之闭环仿真

SIMUULINK之闭环仿真输出结果:

闭环仿真输出结果

开关频率

从输出的结果来看,没有超调现象,比开环效果好很多;输入电压在变化时候,输出电压不变,输出电压给定在变化时,可以调整相应的PWM波;但是也存在输出电压波动情况;这是因为PID控制器的参数选得不够合理,笔者时间紧张,所以没有细调;将实际的输出电压和电流展开,可以看到电压和电流的纹波均为19.2KHz。实际应用中,PID追求的效果是“快准稳”,需要根据硬件平台实际调试,这里不再赘述。

S-Finction之闭环仿真

下图是使用Simulink+S-Function搭建的闭环BOOST电路,PID函数为笔者使用C语言编写;实际应用时,可以先通过S-Function+Simulink进行仿真,勾勒出大概波形及逻辑,然后将S-Function函数拷贝到MCU程序中编译,往往可以达到事半功倍的效果。

S-Function之闭环仿真模型:

S-Function之闭环仿真结果

S-Function的名字被命名为boost,两个输入一个输出,两个输入分别为输出电压给定值(即预设的升压给定值),一个是实际电压值;一个输出为PWM占空比;通过上下计数模式产生PWM信号给到功率器件,完成升压功能。

S-Function之C语言函数

S-Function之C语言函数

上图为笔者编写的一个增量式PI控制算法,非常简单的代码,可以实现很强大的功能,这就是电力电子世界的魅力;

S-Function之仿真结果:

S-Function之仿真结果

从输出的结果来看,与不使用S-Function函数的输出结果一致;所以在新项目预研阶段,可以不编写程序,直接使用simulink搭建硬件电路图,配合软件控制方案,不断试错,来验证整个系统的可行性和可靠性,大大降低了项目流产的风险。

结语

今天笔者以Simulink和S-Function两种控制方案实现了对BOOST电路的闭环控制,这两种方法均可以达到目的,只是一个用C语言编写,另外一个不是。电力电子的项目,一般都会经过预研阶段,simulink是非常好的工具。后续笔者也会出一期根据simulink生成bode图方法,来判定系统的稳定性;今天就到这里,谢谢大家的阅读。



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