Matlab Simulink 的PID参数整定方法【1】

Matlab Simulink提供的控制参数整定效果还是值得肯定的，在此记录本人进行PID参数整定的过程，有不对之处忽略即可，但更欢迎批评指正。

资料引用（基于Matlab官方）

Cascade Digital PID Control Design for Power Electronic Converters

Multiloop Control Design for Buck Converter

引用资料的两个例子分别介绍了逐级调参和同时调参两个方法，下面对其分别进行说明
考虑到篇幅，将分为三个部分介绍.
【1】逐级调参-内环
【2】逐级调参-外环
【3】同时调参

一、逐级调参（Cascade Digital PID Control Design for Power Electronic Converters）

1. 内环参数整定

①过手动开关模块设置所需的环路配置，找到静态工作点。以Buck为例。

• 先对控制量进行快速扫描，观察输出量变化，得到需要的静态工作点（对于Buck而言，可以直接根据D=Vo/Vin确定，但其他仿真如果传递函数不好确定或不容易计算的情况下，可以通过扫描控制量的方法，确定所需的静态工作点。）
• 在确定的静态工作点处，进行开环传递特性的估计。
  

② 待稳定到设定工作点式，创建快照，对模型进行线性化

• 切换控制量转换开关到常数，设定控制量为预估的数值。再次进行时域仿真，确定进入稳态的时刻，基于此创建快照。
  
• 以快照为初始条件，对模进行初始化
  
• 确定开环扰动注入点和响应信号检测点。
  
  
  
• 构建扰动信号

扰动信号可选两种，传统扫频和伪随机序列的。在估计电力电子模型的频率响应：正弦流与伪随机二进制序列 (PRBS)中，对两种扰动信号进行过比较，主要结论式：伪随机序列方式某种程度上更准确一些，也更快速一些；正弦扫频对频率设置有要求，容易在某些频域突变区域失真。

• 开始对局部线性化后的模型进行频率响应分析，在实验过程中，设置应保持不变。单击“Bode”开始分析。
  
• 在仿真过程中，PRBS信号被注入占空比信号，并测量响应。FRA的结果，数据存放在estsys1中。
  
  -需要对“原始非参数模型”进行“稀疏”，以便于后面的分析和使用。
  
  
• 稀疏后的结果，获得精简的非参数模型
  

③对精简的非参数模型进行PID参数整定

改变切换开关，进行内环整定

• 使用 PID Tuner，导入非参的精简模型
  
• 首先给出开环波特图
  
• 选择比奈奎斯特频率小约 10 倍或开关频率一半的带宽（例如，3e4 rad/s）。相位裕度选60（用于阻尼良好的响应）进行设计。更新到PID模块。
  
  由上图，截止频率和相位裕量都可以满足要求。

④ 验证控制器性能

首先旁路掉外环，单独验证内环的响应特性。
将Vin和Rload的阶跃都打开，检查闭环的时域响应特性。
结果表明，电流闭环稳定。
0.008s时负载有6Ω阶跃至12Ω
0.016s时，输入电压有48V跌落至40V

内环PID参数调整完成。

⑤ 移除扰动注入点，对新回路进行频响分析

去除掉Vin阶跃和Rload阶跃，进行以此时域分析，获得稳定工作时间，并以此时间为依据建立快照，再次进行频响分析，以之前建立的扰动源作为输入即可。
具体不再赘述，直接给出部分截图和结果。


结果表明，0db增益对应3e4 rad/s，相位裕度显然大于60，设计满足要求。

【逐级调参-内环 部分结束】