电力电子系统通过反馈控制将来自电源的电压和电流转换为负载所需的电压和电流。例如，DC-DC功率转换器使用控制系统实现预期的输出电压水平，并根据源电压和负载电阻的变化保持水平。
电力电子工程师的控制设计是基于经典的控制理论。因为这个理论是基于线性时不变的(LTI)系统，比如传输函数和状态空间模型，所以为了应用于电力电子系统，工程师需要找到这种系统的LTI表示形式。
频率响应估计(又称AC扫描)通常用于计算电力电子模型的LTI表示。频率响应估计包括将振幅和频率可控的小扰动信号叠加到稳定运行的系统输入中，测量系统对此扰动的响应。然后，可以使用测量的输入输出信号来计算频率响应或传输函数，即代表工作点周围系统动态的LTI系统。
本文介绍了一个六步工作流，用于估计开环升压转换器的频率响应。
开环式升压转换模型
升压转换器是众所周知的开关模式转换器，可以产生大于DC输入电压的DC输出电压。在许多应用中，它用于将低压电源连接到高压负载，包括消费电子产品、电动汽车、电动船舶和飞机、可再生能源和发光二极管驱动器。
我们的开关模式开环升压转换器模型是由SimscapeElectrical组件构成的(图1)。假设转换器在连续导通模式(CCM)下工作，这意味着当转换器在稳定状态下工作时，感应电流永远不会为零。分别设置为空比和输出电压，用于频率响应估计的输入扰动和输出测量点。然后，从控制到输出的传输函数以空比为控制输入，以输出电压为输出。
具有输入干扰和输出测量的开关模式的开环升压转换器模型。
频率响应估算工作流程。
电子模型频率响应估计工作流程涉及以下六个步骤。
1.指定模型的哪的哪个部分需要频率响应。
因此，我们配置了线性分析点。这些点指定了SimulinkControlDesign?从LinearizationManager应用程序进行估计的输入和输出。我们将输入扰动分配给比，将输出测量值分配给输出电压(图2)。
指定线性点的LinearizationManager工具条。
2.找到工作点，初始化模型。
为了获得准确捕捉系统动态的频率响应，应该在稳定的工作点进行估算。模拟结果表明，升压转换器在约0.005秒后达到稳定的工作状态(图3，左)。我们可以在0.005秒内拍摄模拟快照，找到稳定的工作点(图3，中间)。模拟结束时，在应用程序工作区域创建OperatingPoint对象。我们可以通过单击英特尔(图为右图3)来初始化对象的模型。注意:重要的是确保在扰动喷射过程中不会引起工作点变化的干扰。
输出电压初始瞬变(左)、模拟快照(中)和模型初始(右)。
三、建立扰动信号。
在ModelLinearizer应用程序中，我们选择正弦流作为干扰信号。激励系统在一定时间内扫描正弦波信号；第一，我们指定正弦扫描应该覆盖的频率范围。
频率响应估计器应用程序选择了正弦流摄像信号(左)和频率范围(右)。
然后，我们可以为所有频率或子集指定范围、周期数、坡度周期和建立周期(图5)。正弦信号的参数选择(左)和相应的方法(右)。
4.计算非参数频率响应
要开始计算，请单击估计选项卡中的估计按钮。模拟操作时，SimulinkControlDesign在指定的输入端注入正弦信号，并在输出端测量响应。模拟结束时，在应用程序工作区域创建frd对象。对象收集频率响应数据，即非参数模型，将系统描述为分散频率点。图6显示时域和频域结果。
时域和频域的模拟结果。
5.获取参数模型
在这一步中，我们的idtf使用tfestSystemIdentificationToolbox中的命令将传输函数拟合到数据(提取对象表示的参数模型)中。因此，我们需要将已识别的frd对象从LinearAnalysis工作空间复制到MATLAB工作空间(图6中的红色箭头)。然后，我们可以在命令行或脚本中使用命令。由于升压转换器是二级系统，tfest需要将极数设置为2。如果我们不知道为了估计动力学系统的阶数，我们可以尝试使用几个不同的值来计算和选择可以提供合适的最低值。
6.验证结果
首先，我们验证了CCM中升压转换器的参数和非参数估计。图7显示两个估计值紧密匹配。
非参数和参数估计的波特图。
接下来，我们在Simulink中进行的时域验证、开关模式升压转换器和执行参数估计的传输函数块模拟。我们测量并比较了两个系统对相同干扰信号的响应，即在稳定的空间比率上叠加了2%的正阶跃。图8显示了估计的模型响应与切换模型的响应非常一致，从而验证了估计本身。
图8.时域验证显示切换模型和估计模型对相同干扰信号的响应。
现在我们有升压转换器模型的计算LTI表示形式，可以用于控制设计和分析。具体来说，可以将估计的LTI对象导入PID调谐器应用程序，调整控制器参数，满足带宽、相位裕度和其他反馈动态要求。