电力电子simulink练习08：闭环控制的引入与PI调节器
- 以前面搭建的DCDC变换器为例：Buck变换器；
- 实现闭环反馈控制；
- PI调节器的使用；
1、电路的搭建
- 按前面文章所搭建的过程，搭建Buck电路；
- 问题回顾：输出电压Vo只在20V附近，不是准确的20V，如何解决？
2、解决思路
- 可否增大一点占空比，补偿这一点差距呢？
- 答：效果不佳！因为电流变化或以后Vo需求变化，每次的占空比都不一样都需要重新查表设置。
- 解决办法：使用闭环控制！！！即可。
3、闭环过程
- 控制过程：将给定与反馈进行比较，得到误差，对误差信号进行调节，调节后作用到被控对象上，被控对象输出再反馈到前面形成闭环。
- 当前模型：
-（1）给定信号：就是理论要输出的电压值Vref=20V；
-（2）反馈：就是真实输出电压Vo；
-（3）误差：就是给定与反馈作差Vref-Vo；
-（4）控制：就是PI调节器模块：PID Controller；
-（5）调节结果：就是给MOS管的占空比；
4、PI控制器的说明
- 双击打开PID控制器，通常只需要设置P和I即可；
- 从低频段：Kp比例项，控制系统里面的前向通道增益，Kp越大通常稳态误差就越小，因为前向通道的增益大了在Bode图看就是低频段，低频段高了就是稳态静差减小，这是Kp作用，
- 从中频段：快速性也跟Kp有关，因为Kp可以把整个Bode图的频率响应曲线抬升，就会使得和横坐标交叉点，就是说在中频段的截止频率或者说剪切频率，这个点往后移，使得截止频率增大；而闭环带宽是和截止频率成正比的，而闭环带宽就是闭环的截止频率，它越大，就表明系统快速性越好，所以Kp增大也可以增强快速性；这是从中频段的角度来看的；
- 从高频段：高频段角度看，就是噪声抑制能力，这部分在微分项才能体现；
- 积分项的作用：就是消除稳态误差，主要是提高系统型别来消除稳态误差；
5、PI的参数设置
- 以本Buck电路为例，说明参数设置思路。
- 这里给定Vref=20V，如果反馈回来只有Vo=19V，那么就我误差了Vref-Vo=1V，而误差的这个1V就是需要占空比来补上；那么需要多少占空比来补呢？占空比补1/50，通常需要快速调节，所以这个Kp就可以设置1/50*5即可；
- Ki就是消除稳态误差的，因为积分是1/s，是1秒钟的时间调节这么多，但是因为仿真时间很快的，如果直接还是设置1/50*5，那还没到1秒模型早就仿真完了；因为这里是0.01秒仿真完，所以这个Ki就可以设置1/50 * 5 * 100即可；
- 微分项，可以暂时不调；
- 饱和限幅设置：因为输出的是占空比，所以限幅就是占空比的范围，可以设置0-0.98即可；
6、运行结果
- 此时看输出的Vo，可以看到在最后，慢慢就能无静差到Vo=20V了；
Kp=1/50*5；Ki=1/50*5*100；
- 再适当调一下Kp和Ki；此时也是能基本到无静差了；
Kp=1/50*10；Ki=1/50*10*100；
7、存在问题
- 可以看到Vo的波形，调节过程会有一点缓慢，一开始就冲到很高，然后下降之后，又由积分项慢慢抬到无静差。
- 整个过程到0.03s左右才感觉好一点；
- 解决：可以通过复合控制的方式。
- 也就是通过开环控制和闭环控制相结合，共同组成最后输出的占空比来解决这个问题，这部分会后续整理。
学习来源：B站：西瓜粥西瓜粥