两零点两极点环路补偿的原理是什么

Question

两零点两极点环路补偿的原理是什么？
在数字电源中是如何实现两零点两极点环路补偿的？

以下代码是两零点两极点的数字实现方式，该如何理解？

/**
 * Calculates a second order control law with IIR filter and programmable output saturation.
 * @param CNTL_2P2Z_F_C_Coeffs structure with proper coefficient values.
 * @param CNTL_2P2Z_F_C_Vars structure with internal & output values.
 * @return CNTL_2P2Z_F_C_Vars Out parameter.
 */
#define CNTL_2P2Z_F_C(v, k)                                                                    \
        /* Calculate error */                                                                    \
        k.Errn = k.Ref - k.Fdbk;                                                                \
        k.OutPresat = (v.Coeff_A2 * k.Out2) + (v.Coeff_A1 * k.Out1) + (v.Coeff_B2 * k.Errn2)    \
                        + (v.Coeff_B1 * k.Errn1) + (v.Coeff_B0 * k.Errn);                        \
                                                                                                \
        /* Update error values */                                                                \
        k.Errn2 = k.Errn1;                                                                        \
        k.Errn1 = k.Errn;                                                                        \
                                                                                                \
        /* Determine new output */                                                                \
        k.Out = k.OutPresat;                                                                    \
        k.Out = (k.Out < v.Max) ? k.Out : v.Max;                                                \
        k.Out = (k.Out > v.IMin) ? k.Out : v.IMin;                                                \
                                                                                                \
        /* Store outputs */                                                                        \
        k.Out2 = k.Out1;                                                                        \
        k.Out1 = k.Out;                                                                            \
        /* Saturated output */                                                                    \
        k.Out = ((k.Out > v.Min) ? k.Out : v.Min);

Answer 1

参考免费微信小程序：皆我百晓生 作答，经由专家-皆知整理回复，如问题解决，望采纳；如仍有疑问，请评论回复。

两零点两极点环路补偿的原理源自控制理论，特别是在数字控制系统设计中。环路补偿的目的在于改善系统的动态性能，如稳定性和响应速度，确保系统在给定输入下的输出达到期望的行为。对于数字电源这样的应用，环路补偿设计尤为关键，因为它直接影响到电源的输出稳定性和对负载变化的响应能力。

原理简述

• 零点：在频率域内，零点增加了相位提前，有助于提高系统的稳定性。
• 极点：极点则决定了系统的响应速度和稳定性。在低频区，极点使得响应缓慢，但在高频区可以提供衰减，避免噪声放大。

数字实现原理

在数字电源中，通过IIR（无限冲激响应）滤波器实现这种补偿。IIR滤波器可以设计为具有特定的零点和极点，从而模拟出所需的模拟环路补偿特性。

给定代码解析

这段C语言代码实现了一个基于两零点两极点的数字控制器。其工作原理如下：

1. 计算误差（Error Calculation）：

   • k.Errn = k.Ref - k.Fdbk 计算当前误差，即参考值与反馈值之差。

2. IIR滤波器计算：

   • 使用系数(Coeff_A1, Coeff_A2, Coeff_B1, Coeff_B2, Coeff_B0)计算下一个输出值。这实际上执行了滤波过程，其中Coeff_B0, Coeff_B1, 和 Coeff_B2代表了极点和零点的影响，而Coeff_A1 和 Coeff_A2用于内部状态的更新，确保滤波效果。

3. 状态更新：

   • 错误和输出的前两个状态被更新，用于下一次迭代的计算。

4. 输出饱和限制：

   • 确保输出值在规定的最小值(v.Min)和最大值(v.Max)之间，这在实际应用中非常重要，防止硬件过载。

5. 存储输出状态：

   • 保存当前输出和误差状态，供下一轮计算使用。

代码结构解释

• v 结构体包含了滤波器系数和输出限制值。
• k 结构体包含了控制器的状态变量，包括参考、反馈、当前及过去的误差和输出值。

这段代码通过递归计算，实现了对误差信号的滤波处理，进而得到一个受控且稳定的输出，体现了两零点两极点环路补偿的数字实现逻辑。

请注意，要完全理解并正确应用这段代码，需要深入了解IIR滤波器的设计以及数字控制理论。此外，系数的设定非常关键，它们直接影响到系统的稳定性与响应特性，通常需要通过仿真或实际测试进行调整。