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探讨千赢娱乐平台千赢娱乐PID控制及参数设置
阅读: 9880 |  回复: 51 楼层直达

2018/07/09 22:25:51
1
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

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  在设计环路补偿时,如果不清楚被控电路的模型或者没有bode图的话一般可以采用PID法来补偿。用仿真验证了一下,PID补偿法确实可以很方便的实现补偿不过存在几个疑惑。

1PID补偿只是满足了稳定和动态响应,其它特性不能清晰的显现出来。

2PID中的微分项D好像并不适合千赢娱乐平台千赢娱乐控制。

3PI可以用于部分千赢娱乐平台千赢娱乐控制不过性能达不到最佳。

2018/07/10 09:03:40
2
longwang
千赢娱乐币:5279 | 积分:10 主题帖:5 | 回复帖:348
LV7
旅长
沙发,,,,,,,,,,,,
2018/07/10 18:32:12
3
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

以峰值电流模式的反激为例,基本参数:输入最低电压100V,初级电感1mH,输出12V/2A,输出电容6000uF,千赢娱乐平台频率60kHz

第一步,将比例P调成1:1,观察千赢娱乐上电启动波形。

                               图1-1 只有比例P且P=1时的启动波形

2018/07/10 18:45:27
4
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

第二步,增加积分项,从大到小调节积分电容,当出现欠阻尼震荡即可。

                              图1-2 功率级电路穿越频率判断

测量欠阻尼震荡的周期,此时的震荡频率约等于功率级电路的穿越频率。

2018/07/10 19:04:27
5
心如刀割[版主]
千赢娱乐币:767 | 积分:65 主题帖:63 | 回复帖:905
LV9
军长
跟贴学习
2018/07/10 19:07:41
6
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

第三步,上一步推测的功率级电路穿越频率约为1000/1.8999=526Hz,最终的目标穿越频率设为8Khz,此时调制比例系数P=8000/526=15(斜率有可能是-1-2的组合所以P的取值范围15~30)。重复上述第二步调积分电容使震荡波形达到满意状态为止。

                                  图1-3 最终的启动波形

2018/07/10 19:09:31
7
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

如果有必要可以继续调小积分电容来验证穿越频率是否在8Khz附近。

                                    图1-4 穿越频率8Khz

2018/07/12 15:10:17
9
s453208
千赢娱乐币:1635 | 积分:104 主题帖:41 | 回复帖:110
LV7
旅长
分享不错,赞一个。
2018/07/10 19:10:40
8
brsys
千赢娱乐币:23 | 积分:3 主题帖:45 | 回复帖:275
LV7
旅长

这个要看看。

2018/07/12 15:59:23
10
冰糖葫芦娃
千赢娱乐币:189 | 积分:2 主题帖:11 | 回复帖:35
LV5
营长
好东西
2018/07/19 22:04:17
11
boy59[版主]
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LV9
军长

TypeⅡ型要比PI补偿多出一个高频极点,多出的这个极点可以衰减高频噪声比如千赢娱乐平台噪声,见下图

                                                  2-1 PITypeⅡ对比

PI补偿中由于没有高频衰减补偿电路的输出Vcont=Vo*R2/R1所以比例PR2/R1)不能设置的过高,TypeⅡ型则不用考虑这个问题可以更灵活些,当取高频极点无穷远时TypeⅡ型就等同于PI补偿。

2018/07/19 22:24:25
12
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

PID补偿虽然能提供+90度的相位补偿但其会放大高频噪声,所以这种补偿只适用于大惯性(双极点)没有高频噪声的场合。在数字千赢娱乐平台千赢娱乐控制中用的比较多的是PI型还有2P2ZTypeⅡ)和3P3ZTypeⅢ)等。

2018/07/20 17:05:29
13
seawalker
千赢娱乐币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:9
LV2
班长
不错,来支持学习
2018/07/20 21:27:33
14
zhang0326
千赢娱乐币:25 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:8
LV2
班长
来占个位置,跟版主大人学习一下
2018/07/21 08:22:03
15
jsapin
千赢娱乐币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:112
LV5
营长
感谢楼主的无私分享!PI调节一直不懂,请问比例积分设定时,千赢娱乐平台千赢娱乐的千赢娱乐平台频率和功率级的穿越频率,以及千赢娱乐平台千赢娱乐的输出电容大小和负载特性之间相互有什么关系,怎样进行PI参数的预计算?
2018/07/22 09:28:58
16
boy59[版主]
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LV9
军长

穿越频率一般要低于1/5千赢娱乐平台频率。如果是带光耦隔离的反激,考虑光耦有个8~10KHz的极点反激有个几十KHz的右半平面零点所以穿越频率一个不高于8KHz(穿越频率越低越容易补偿)。

输出电容可以看纹波,如果输出纹波是100mV那么比例P最好在10倍以内。

2018/07/22 17:17:34
17
jsapin
千赢娱乐币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:112
LV5
营长
感谢大师,
2018/07/23 11:16:43
18
boy59[版主]
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LV9
军长

采用上面的方法想要得到最佳参数并不太容易,所以最好还是要找出功率级电路的bode图。

在不使用环路分析仪的前提下尝试采用一种特殊的环路补偿电路来反算功率级bode图的方法。

2018/07/23 11:28:14
19
boy59[版主]
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LV9
军长

根据之前的实验现象,当电路发生震荡或者欠阻尼震荡时可以通过震荡周期和次数来判断出当前的穿越频率和相位余量,通过不断调整穿越频率点并结合当前已知的补偿参数就可以推算出功率级电路的bode图。

在实际电路中有很多情况下相位余量是大于90度的甚至接近180度(电流模式的反激),想让电路在宽频率范围内都发生震荡或欠阻尼震荡显然不太容易,所以设想一个补偿环节可以使相位从0-180度之间任意变化而增益恒为1

2018/07/23 12:30:48
20
boy59[版主]
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LV9
军长

右半平面零点后的增益是逆时针旋转,左半平面极点后的增益是顺时针旋转,二者的相位都滞后0-90度,如果右零点、左极点重合则可以实现增益恒定而相位0-180变化的目的,见下图:

                          2-1 右半平面零点和左半平面极点重合bode

如图2-1,可以任意改变频率fpz从而调整环路的相位余量而不影响环路的增益曲线(穿越频率不变),可以任意改变比例P从而调整环路的增益(改变穿越频率)而不影响环路的相位曲线。这样实现了相位和增益的分离使调试变的容易了。

2018/07/23 13:39:25
21
千赢娱乐网-fqd
千赢娱乐币:5053 | 积分:15067 主题帖:387 | 回复帖:5024
LV11
统帅
2018/07/23 14:04:03
23
boy59[版主]
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LV9
军长

2018/07/23 14:03:22
22
boy59[版主]
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LV9
军长

图2-1还存在两个问题,

1、千赢娱乐平台千赢娱乐的输出带有千赢娱乐平台噪声,如果比例比较大则PWM发生器会饱和既发生大信号现象。

2、BoostBuck-boost(反激)类的电路都存在右半平面零点,如果增益比较大则增益曲线不会过零(在千赢娱乐平台频率内),意味着穿越频率将高于千赢娱乐平台频率。

                       2-2 右半平面零点限制了增益的提高

鉴于这两个问题额外增加一个固定的高频极点环节,这个高频极点可取千赢娱乐平台频率的1/10或者低于功率级电路的右半平面零点。

 

                        2-3 100-100kHz震荡bode

如图2-3总的开环bode图频率从100Hz-100kHz电路都可以发生震荡具备了反相推导功率级bode图的条件。

2018/07/25 07:20:17
24
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

Saber软件对上述推论进行验证,在验证过程中发现当高增益时单个高频极点虑不掉千赢娱乐平台噪声所以需要设置双重极点(双重极点20kHz,千赢娱乐平台频率60kHz,右半平面零点30kHz),仿真和计算的结果对比如下:

                                                  2-4-1 1kHz震荡

                                                 2-4-2 10kHz震荡

2018/07/27 23:10:37
25
boy59[版主]
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LV9
军长

用这种方法反推功率级bode图的结果如下:

 

                     2-4-3 反推反激bode图及同理论bode图对比

如图2-4-3这种反推法增益偏差不大,相位上临界和阻尼状态会有几十度的偏差。

2018/07/29 14:02:49
26
boy59[版主]
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LV9
军长

在图2-4-3中低频段由于发生了次谐波震荡导致出现较大偏差,当给电路加入斜坡补偿后偏差可以消除。

用压控震荡VCO作为控制器来搭建LLC电路如下:


                                      2-5-1 VCO控制的LLC电路

输入:400V,匝比n=1Lr=72uHLm=216uHCr=35nF,输出电容Co=100uFESR=0.5,输出电压200V输出负载Ro=138欧姆。压控振荡器VCO的频率变化范围40kHz-160kHz

同样用上述电路来反推LLC得到的bode如下:

                                                2-5-2 LLC功率级电路bode

2018/07/29 14:14:05
27
boy59[版主]
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LV9
军长

2-5-2反推的bode图是否准确?由于没有LLC电路的小信号模型就直接采用tdsa扫频来获得bode图并进行对比如下:

                           2-5-3 LLC电路两种方法获得的bode图对比

2-5-3的对比显示对于LLC电路反推法一样适用。

2018/07/29 20:46:09
28
boy59[版主]
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LV9
军长

有了功率级bode图后剩下的补偿就容易实现了,采用图解法设置目标穿越频率20kHz相位余量45度得出的Type Ⅲ型补偿电路各参数如下:

R1=19.4kHzR2=423R3=830C1=13nFC2=306nFC3=6.386nF

动态波形仿真结果如下:

                           2-5-4 LLC动态波形(20kHz穿越频率,45度相位余量)

2-5-4LLC输出动态波形及局部放大图,在刚上电时为大信号状态环路未起作用,后面当环路起作用后负载的动态特性较理想(负载138-1380欧姆0.01mS突变)。

2018/08/01 12:32:44
30
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长
反推bode图法在实际电路中操作起来是很方便的,首先将特殊的比例+右零点、左极点+固定高频极点的补偿电路接入电路形成闭环,具体操作步骤如下:
1、预先设置一个比例P(比如P=0.1)
2、将右零点、左极点从高频向低频调节(调节双联电容),直到输出电压出现持续震荡为止(欠阻尼震荡也可,但需额外0-30度的相位补偿)
3、记录下当前输出的震荡频率,由比例P和电容大小可算出补偿电路的增益|G|和相位θ,可以得出功率级电路的增益为1/|G|、相位-180-θ。
4、改变比例P(相当于改变穿越频率),重复步骤2、步骤3,直到将目标频段的bode图的趋势都描绘出来
2018/08/01 10:50:31
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EDSTRNDDF
千赢娱乐币:55 | 积分:2 主题帖:0 | 回复帖:59
LV4
连长
学习了
2018/08/04 16:55:29
31
boy59[版主]
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LV9
军长

数字PID是通过AD采样输出电压再经过芯片的逻辑运算来实现的,在Saber软件中没用过MCU类的芯片如果纯粹用分立逻辑电路来搭电路会过于庞大,这里采用模拟运算器来模拟数字信号的处理,电路如下:

                                                3-1 数字PI电路

上图采用的是位置式PI算法,从右至左分别是提取变量u,模拟AD采样过程的“量化”处理,累加实现积分及乘法器实现的比例运算,最后是P+I合成。

2018/08/04 19:10:47
32
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

模拟补偿参数:P=1KI=10^-5,数字补偿参数:P=1fki=10^6。二者的仿真结果对比如下:

 

                                     3-2 数字与模拟PI补偿动态对比

目前还没能让二者的动态波形完全一致,暂时也无法确认数字补偿中的积分系数。

2018/08/05 13:39:56
33
pasu
千赢娱乐币:0 | 积分:3 主题帖:4 | 回复帖:1
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班长

非常感谢版主。

请问版主,你的LLC中,VCO是否额外加了一个比例?

最近正在做一个PSIM仿真的LLC,采用PI调节无规律,特想请教一下楼主。

在这个VCO中,最右边的一个K是我自己给的一个比例,希望把PI的输出再调高成适合的数值产生方波。

不知道楼主在调节PI参数的时候有给VCO加入这个比例吗?

我的模型参数如下:输入:375-405V,输出12V/43A. Lr=60u, Cr=27.3n, Lm=210u,匝数比 N=16

2018/08/06 13:37:37
34
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长
LLC电路的相位余量比较小一般需要用TypeⅢ型来补偿,用PI补偿的话穿越频率不会太高,动态特性也不会很好。
2018/08/06 14:44:56
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jsapin
千赢娱乐币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:112
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营长
非常感谢楼主的技术分享。记得以前看书上描述关于  相位裕度的,说是相位裕度小于零度则系统不稳定,大于零度至180度之间则系统稳定,在180度以内相位裕度越大系统越稳定,反应速度也越慢。我想问的是这个相位裕度是怎么来调整大小的,怎样通过示波器来观察,麻烦楼主能否抽空发个相关波形给我这样的菜鸟讲讲!
2018/08/06 15:14:46
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boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

可以参考一下图解环路设计及控制技术探讨-千赢娱乐网 /bbs/2432899.html

如下图,输出电压的震荡周期对应着穿越频率,震荡次数对应着相位余量,通过示波器观察输出电压可以大致估出当前环路的状态。

以为PI为例,震荡频率低的可以提高比例P(提高穿越频率),震荡次数多的可以增大积分电容(提高相位余量),反之亦然。

2018/08/07 21:48:45
37
jsapin
千赢娱乐币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:112
LV5
营长
感谢回复,好好研读。
2018/08/12 21:34:37
38
jsapin
千赢娱乐币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:112
LV5
营长
楼主的帖子看了几遍,还是不能真正的理解,就是因为不能真正理解所以现在也提不出问题来向楼主请教,但愿有一天我能提出问题来向楼主讨教就好了!
2018/08/15 20:13:00
40
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长
实际操作一下相信会很快理解的。
2018/08/15 20:11:20
39
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

之前仿真的差别是由千赢娱乐平台速度及供电电压不同引起的,改参数后得到的仿真对比如下:

模拟与数字动态对比2 

                              3-3-1 数字与模拟PI补偿动态对比2

3-2中比例系数都为1,模拟补偿的原极点为10kHz,数字补偿的周期取R*C=16uSR1=R2=19.4kC=0.82nF)。

两种补偿方式对应的开环bode图如下:

二者开环bode图 

                        3-3-2 数字与模拟补偿开环bode

不过数字补偿在稳态时有个2.8kHz左右的震荡,不知是不是因为相位余量太小?

2018/08/16 20:34:43
41
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

 上述数字环路2.8kHz震荡是由于采样频率太低的缘故,拓扑为反激千赢娱乐平台频率60KHz,数字累加的采样频率为31.4kHz,当提高采样频率到314kHz(同时△u*0.1)后震荡消失,仿真对比如下:

模拟与数字动态对比3 

                                      3-3-3 数字与模拟PI补偿对比3

同之前的一样,模拟的原极点频率为1/(2*π*R*C),数字的累加器频率1/(R*C)

2018/08/17 06:46:15
42
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长
纠正一下,图3-1的电路是位置式PID而非增量式PID控制。
2018/08/18 17:43:20
43
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

目前用的比较多的好像是增量式PID,位置式PID有资料说其积分累加部分会占用很大的内存,并且需花费很多的时间去计算,通过仿真发现这个问题是可以解决的或者说是存在一定的误解。

2018/08/18 18:00:32
44
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

位置式PID的优点是结构清晰、参数调节明了,在前面仿真中基本是直接套用了TypeⅡ型模拟补偿电路的参数。在模拟补偿器中因为运放有千赢娱乐Vcc的限制所以积分的最大值被限制在Vcc以下,在数字补偿中如果也给累加环节增益一个恰当的上限效果就可以近似于模拟补偿器了,占内存和计算费时的问题也同时解决了。另外输出也要限幅同增量式PID一样,而增量式PID只需输出限幅相对简单些。

2018/08/20 15:51:13
45
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

下面分别列出位置式PI和增量式PI的表达式:

两种PI补偿公式

位置式PIu(k)就是输出量可以直接进行PWM转换,增量式PI的△u(k)要累加运算后再进行PWM转换。e(k)是设定量与被控量之差,△e(k)=e(k)-e(k-1)可以看做是对e(k)求导(既e(k)的量化,累加可以看做是积分运算的量化。

把增量式PI由量化变回连续如下:

u(k)=++u(k)=∫△u(k)

=(Kp* e(k)+Ki*Tsam*e(k))

=Kp*e(k)+Ki*Tsam*e(k)

可以看出增量式 PI和位置式PI最终效果是一样的,前文提到增量式PI对输出限幅同时也实现了对积分的限幅,这可能就是比较喜欢用增量式PI的原因。

2018/08/22 06:54:01
46
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

从模拟补偿器转变到数字补偿器有两种方法:1、脉冲响应不变,2、双线性变换法。资料中采用的是双线性变换法既用S=1/T*(1-z-1)/(1+z-1)实现S域到Z域的映射。

Type3数字 

在处理器中的运算如下

处理器运算 

如上就可以实现Type型的数字化处理(主要涉及数学问题不做过多探讨)。

2018/08/22 10:13:14
47
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长

傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的联系?为什么要进行这些变换。研究的都是什么?- 知乎 https://www.zhihu.com/question/22085329

拉普拉斯变换

                                             拉普拉斯变换与傅立叶变换的关系  

2018/08/29 20:53:33
48
jsapin
千赢娱乐币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:112
LV5
营长
等有时间了,把楼主几篇文章连起来,好好看几遍,应该能汲取到不少营养,虽然现在的我什么都不懂
2018/08/30 13:03:14
49
boy59[版主]
千赢娱乐币:208 | 积分:91 主题帖:50 | 回复帖:263
LV9
军长
楼主也不是很懂,很多知识都是现学的所以写的有点乱。
2018/11/04 22:12:38
51
曾经沧海1965
千赢娱乐币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:6
LV1
士兵
感谢无私分享
2018/09/14 09:48:36
50
hylylx
千赢娱乐币:68 | 积分:44 主题帖:2 | 回复帖:981
LV8
师长
2018/11/06 16:10:01
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sabrina9988
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