小信号解析

小信号解析用线性时不变 (LTI) 模型来逼近非线性电力电子系统（如开关模式电源）的行为，该模型在所关注的工况点附近有效。小信号解析是将经典控制理论应用于电力电子系统的前提步骤，因为后者需要系统的 LTI 表示形式，例如传递函数或状态空间模型。  

对于众所周知的简单拓扑，例如升压或降压转换器，您可以通过解析方式推导出其等效的 LTI 系统。然而，对于非标准转换器拓扑以及集成在复杂电力电子系统中的转换器，解析推导会变得非常耗时且容易出错。

一种业界公认的执行小信号解析的方法是构建电力电子系统的仿真模型，然后使用频率响应估计。频率响应估计首先在工况点附近，将具有指定幅值和频率成分的小扰动信号叠加到电力电子系统的输入端，并测量系统对该扰动的响应。

然后，您使用扰动信号和测得的输出信号来计算频率响应或传递函数，该传递函数表示在工况点附近的系统动态特性。对于由周期性激励或自激振荡引起不连续性的系统，您无需仿真完整的瞬态过程，即可计算模型的周期性稳态工况点。

您可以将不同类型的输入信号注入模型以计算频率响应：

• 正弦流，是逐一施加的一系列正弦扰动。
• 啁啾是以某一范围的频率激励系统的一种扫频信号，输入频率会因此发生连续变化
• PRBS 是一种在两个值之间切换的确定性伪随机二进制序列，具有类似白噪声的属性
• 随机输入信号
• 阶跃输入信号

计算出系统的频率响应或传递函数后，您可以设计一个补偿器并对照线性模型对其进行评估。通过对不同工况（例如，不同的期望输出电压水平或不同占空比）重复进行小信号解析，您可以开发增益调度控制器，以使电力电子系统在期望的工况范围内运行。

使用 Simulink，您可以：

• 构建开关模式电源、交流电机以及配电系统中其他负载的精确仿真模型。
• 以编程方式查找开关电力电子模型的周期性稳态工况点，而无需等待开关瞬态过程，从而加速小信号解析的设置。 
• 可从多种扰动输入信号中任选一种，对电力电子模型执行小信号解析。
• 使用自动 PID 调节，或使用根轨迹图和波特图进行交互式回路成形等方法，为所得线性模型设计并调节补偿器。
• 设计增益调度补偿器，以在整个工况范围内控制电力电子系统。
• 通过对照电力电子系统的非线性模型对控制器设计进行仿真来验证和测试该设计。
• 自动生成 ANSI、ISO 或面向处理器优化的 C 代码和 HDL，用于控制器的快速原型开发和产品级实现。