Analyse en petits signaux

Calculez une approximation linéaire d'un modèle d'électronique de puissance

L'analyse en petits signaux génère une approximation du comportement d'un système d'électronique de puissance non linéaire, tel qu'un système d'alimentation à découpage, avec un modèle linéaire invariant (LTI) qui est valide autour d'un point de fonctionnement d'intérêt. L'analyse en petits signaux est une étape essentielle pour appliquer la théorie de contrôle classique aux systèmes d'électronique de puissance, ce qui nécessite une représentation LTI telle qu'une fonction de transfert ou un modèle de représentation d'état du système.

Pour les topologies simples et bien connues, telles que les convertisseurs Boost et Buck, vous pouvez dériver leurs systèmes LTI équivalents de manière analytique. Cependant, pour les topologies de convertisseur atypiques et pour les convertisseurs intégrés dans des systèmes complexes basés sur l'électronique de puissance, la dérivation analytique devient très chronophage et sujette à erreur.

Une approche acceptée dans l'industrie pour procéder à l'analyse en petits signaux consiste à construire un modèle de simulation d'un système d'électronique de puissance, puis à utiliser l'estimation de la réponse en fréquence. L'estimation de la réponse en fréquence commence par la superposition d'un petit signal de perturbation d'amplitude et de fréquence définies à l'entrée du système d'électronique de puissance autour du point de fonctionnement et par la mesure de la réponse du système à cette perturbation. Il faut ensuite utiliser le signal de perturbation et le signal de sortie mesuré pour calculer la réponse en fréquence ou une fonction de transfert qui représente la dynamique du système à proximité du point de fonctionnement.

Analyse en petits signaux d’un convertisseur Boost. Le convertisseur Boost est modélisé dans Simscape Electrical et Simulink (voir schéma en haut). Simulink Control Design est utilisé pour injecter un signal de perturbation de type sinestream dans le modèle (en bas à gauche) et calculer la réponse en fréquence (en bas à droite).

Il est possible d'injecter différents types de signaux d'entrée dans un modèle pour calculer la réponse en fréquence :

  • Sinestream, une série de perturbations sinusoïdales appliquées les unes après les autres
  • Chirp, un signal avec balayage en fréquence qui excite le système sur une gamme de fréquences, ce qui permet de changer instantanément la fréquence d'entrée
  • Signaux d'entrée aléatoires
  • Signal d'entrée en échelon

Une fois que vous avez calculé la réponse en fréquence ou une fonction de transfert du système, vous pouvez concevoir un compensateur et l'évaluer par rapport au modèle linéaire. En répétant l'analyse en petits signaux pour différentes conditions de fonctionnement (par exemple, différents niveaux de tension de sortie souhaités ou différents rapports cycliques), vous pouvez développer un contrôleur à gain séquencé pour faire fonctionner le système d'électronique de puissance sur la plage de fonctionnement souhaitée.

En utilisant Simulink, vous pouvez :

  • Créer des modèles précis de simulation de systèmes d'alimentation à découpage, de moteurs AC et autres charges dans un système de distribution
  • Effectuer une analyse en petits signaux d'un modèle d'électronique de puissance en utilisant plusieurs signaux de perturbation d'entrée
  • Concevoir et régler un compensateur pour le modèle linéaire obtenu en utilisant des techniques telles que le réglage automatique des contrôleurs PID ou la mise en forme interactive des boucles avec le placement des pôles et les diagrammes de Bode
  • Concevoir un compensateur à gain séquencé pour contrôler un système d'électronique de puissance dans toute une gamme de conditions de fonctionnement
  • Vérifier et tester le design d'un contrôleur en le simulant par rapport à un modèle non linéaire de système d'électronique de puissance

Générer automatiquement du code C ANSI, ISO et optimisé pour le processeur, ainsi que du code HDL pour effectuer rapidement le prototypage et l'implémentation de production du contrôleur.

Estimating the Frequency Response of a Power Electronics Model

Démarrez par des tâches basiques jusqu'à des opérations plus avancées en suivant des exemples et des tutoriels interactifs.

Découvrez la communauté du contrôle de systèmes d'électronique de puissance

La communauté MathWorks pour les étudiants, les chercheurs et les ingénieurs qui utilisent Simulink pour appliquer le contrôle d'électronique de puissance aux véhicules électriques, à l'énergie renouvelable, aux systèmes de batterie, à la conversion de l'énergie et au contrôle de moteur.

Obtenez gratuitement la version d'essai

Bénéficiez de 30 jours de découverte.