[参考译文] TMS320F28377D：DCL 控制器功能即使在输入正错误的情况下也输出负值

我意识到我对该代码使用了部分控制器结果。 我将其更改为使用 DF22_L1、这是完整的控制器实现。 但是、即使是非常小的系数、我的控制器现在也会从+INF 回弹到-INF、在最大和最小占空比之间切换：

任何建议都受到欢迎，根本不知道这里发生了什么。

Joel、

请注意、今天的30日是美国假日、您应该期待明天美国时间我们的一位工程师提供技术回复。

最棒的

Matthew

您好、Matthew、  

只需在这里为 DCL/CLA 代码输入我的代码、看看是否有人可以发现代码有问题。  

#include "DCLCLA.h"
#include "F2837xD_Cla_typedefs.h"
#include <stdbool.h>
#include "F2837xD_Cla_defines.h"
#include "F28x_Project.h"

// Digital Control Library Structures
DCL_DF22_CLA v_ctrl2;              // Pre-computation controller structure definition for voltage compensation
DCL_DF11_CLA i_ctrl2;              // Pre-computation controller structure definition for current compensation

float32_t flagVolts, flagCurr;         // Clamp flag variables
float32_t i_upperLim, i_lowerLim;      // Upper clamp limit of digital compensation block
float32_t v_upperLim, v_lowerLim;      // Lower clamp limit of digital compensation block

// Sensor data that is passed from the CLA to CPU must be declared as external (shared memory)
//extern uint16_t inputVolts;
extern float32_t flyVolts, flyCurr;
extern float32_t cathodeRef;            // Soft-started from CPU1 ISR background loop
extern float32_t flyback_command;
float32_t clamp_switch;                  // Clamp switch is not communicated to CPU1 so does not need external declaration
float32_t voltage_command;               // Fly-back command only needs to be defined as shared variable in CPU1
float32_t voltageCommand_partialResult;
float32_t voltage_command_neg_check;
float32_t flyback_command_neg_check;

float32_t controllerDifference;

// Feedback the HRPWM calculations to CPU1
extern uint32_t compCount_clamp;
extern uint32_t compCount_flyback;

// Error values
float32_t voltError, currError;

// CLA1 C Task Prototypes
__interrupt void Cla1Task1();
__interrupt void Cla1Task2();
__interrupt void Cla1Task3();
__interrupt void Cla1Task4();
__interrupt void Cla1Task5();
__interrupt void Cla1Task6();
__interrupt void Cla1Task7();
__interrupt void Cla1Task8();

interrupt void Cla1Task1 (void)
{

// 100MHz/100 = 1MHz.
uint32_t HRPWM_FLY_PERIOD_CLA = 100UL;

// Calculate the error signal
voltError = 1.338f - flyVolts;

// Clamp the error to zero, avoid negative error values
// At zero error, the duty cycle should go to zero - with negative values it still shows the error being 3.0f.
if(voltError < 0) voltError = 0.000f;

// run full controller, L1. L2 is partial controller.
voltage_command = DCL_runDF22_L1(&v_ctrl2, voltError);
voltage_command_neg_check = voltage_command;       // Check if negative, before clamp action applied

voltageCommand_partialResult = DCL_runDF22_L2(&v_ctrl2, voltError);

// Call clamp function to clamp result and set clamp flag to check range
flagVolts = DCL_runClamp_L1(&voltage_command, v_upperLim, v_lowerLim);

        // Check that the immediate part of the controller is "in range"
        if (0.0f == flagVolts)
        {
            DCL_runDF22_L3(&v_ctrl2, voltError, voltage_command);
        }

        controllerDifference = voltage_command - voltageCommand_partialResult;

         if(voltage_command < 0.000f) voltage_command = 0.000f;

        // Clamp maximum and minimum average current command to inner current loop
        voltage_command = (voltage_command > v_upperLim)?
                                v_upperLim:voltage_command;
        voltage_command = (voltage_command < v_lowerLim)?
                                v_lowerLim:voltage_command;

// Calculate the average current error using the previous compensated voltage error as target reference
// DCL library uses floats, but flyCurr is an int, so type-cast
currError = voltage_command - flyCurr;

// Run partial DF11 Controller and clamp function
flyback_command = DCL_runDF11_L1(&i_ctrl2, currError);
flyback_command_neg_check = flyback_command; // Before clamping, let's see if negative output value

        // Clamp maximum and minimum duty cycles
        // sets to between 0.1 and 0.35
        flyback_command = (flyback_command > i_upperLim)?
                                i_upperLim:flyback_command;
        flyback_command = (flyback_command < i_lowerLim)?
                                i_lowerLim:flyback_command;

        clamp_switch = (1 - flyback_command);

        // HRPWM Calculations
        float32_t count_clamp = (flyback_command * (float32_t)(HRPWM_FLY_PERIOD_CLA/2 << 8));
                        compCount_clamp = (count_clamp);
                        uint32_t hrCompCount_clamp = (compCount_clamp & (0x000000FF));
                        if (hrCompCount_clamp == 0)
                        {
                            // Add 1 to not have CMPxHR = 0
                            compCount_clamp |= 0x00000001;
                        }

        float32_t count_flyback = (clamp_switch * (float32_t)(HRPWM_FLY_PERIOD_CLA/2 << 8));
                        compCount_flyback = (count_flyback);
                        uint32_t hrCompCount_flyback = (compCount_flyback & (0x000000FF));
                        if (hrCompCount_flyback == 0)
                        {
                        // Add 1 to not have CMPxHR = 0
                        compCount_flyback |= 0x00000001;
                        }
}

__interrupt void Cla1Task2 ( void ) {}

__interrupt void Cla1Task3 ( void ) {}

__interrupt void Cla1Task4 ( void ) {}

__interrupt void Cla1Task5 ( void ) {}

_interrupt void Cla1Task6 ( void ) {}

__interrupt void Cla1Task7 ( void ) {}

//Task 8 will initialize the variables used in Task 3
__interrupt void Cla1Task8 ( void ) {
//  __mdebugstop();

    // Initialise DF22 Full Voltage Controller Compensation Coefficients
    // Use the GUI in POWERSUITE for Digital Compensation for easy coefficient calculations according to the poles and zeroes in HZ
    v_ctrl2.a1 = 1.1201983f;
    v_ctrl2.a2 = -0.1201983f;
    v_ctrl2.b0 = 0.0798453f;
    v_ctrl2.b1 = -0.1482259f;
    v_ctrl2.b2 = 0.0686588f;

    // Initialise DF11 Full Current Controller Compensation Coefficients
    i_ctrl2.a1 = 0.21606f;
    i_ctrl2.b0 = 0.22090f;
    i_ctrl2.b1 = 0.31307f;

    // clamp limits of both the voltage and current controllers
    v_upperLim = 100.000f;    //3.000f replaced, just for voltage mode control for now    // 3A (3V) average current limitation
    v_lowerLim = -100.000f;
    i_upperLim = 0.850000f;       // 35% duty cycle limitation maximum
    i_lowerLim = 0.1500f;         // 0% minimum duty cycle limitation
    flyback_command = 0.0f;       // Initialise fly-back command
    voltage_command = 0.0f;       // Initialise average current reference command
    voltageCommand_partialResult = 0.0f;
    controllerDifference = 0.0f;

    voltError = 0.0f;             // Initialise voltage and current errors
    currError = 0.0f;

    voltage_command_neg_check = 0.000f;
    flyback_command_neg_check = 0.000f;

}

你好 ，Han Zhang6 。 我现在尝试仅使用 L4、因此没有汇编、但仍然有问题。 控制器的输出就在这里。

我偶然发现了导致问题的原因、但我不知道为什么或如何解决。  

而不是通过获取基准并减去反激式输出电压来计算误差电压：

voltage_error = cathodeRef - flyVolts;

下面是调试器的图形、您可以看到它位于整个位置：

相反、我使用不使用 ADC 样本的固定误差电压初始化代码：

voltage_error = 3.0f;

以下是该版本的调试器的图形：

控制器输出固定在0.01823左右！

控制器似乎具有良好的恒定固定输出。 当我使用第一个代码时、输出电压完全不稳定、并且几乎会振荡、即使 ADC 电压传感器被指定为零伏。  

导致此行为的原因可能是什么？ 如何初始化 CPU1和 CLA1之间共享的存储器是否可能存在问题？ 我不确定情况是否如此、因为在调试器中、我们可以看到 FlyVolts 和 ERROR_VOLTAGE 正在正确计算。 阴极 ADC 值读数的这些极小的浮点值变化会导致控制器完全不稳定、但如果我们将其从公式中取出、则完全稳定！

有什么建议可以从这里出发去哪里？

最棒的
Joel

您好、Joel、

不太可能是设置问题。 您可能需要优化补偿器设计(尤其是在尚未验证的情况下)。 DCL 库版本的 models 文件夹中确实包含 DCL 块(包括 DF22)的 Simulink 模型。

如果您仍然有问题、您可以尝试从 CLA 收集 VOLTGE_ERROR 并将其绘制在图形上。 这样、您就可以验证您的反馈值是否是问题。

您还可以通过在 RAM 中收集反馈和控制输出、将它们导出到 PC 并在 PC 上验证计算结果、来验证 CLA 中的补偿器计算。

我没有看到您的反馈信号是什么样子的、但是如果您的补偿器过于激进并且使输出电压快速振荡、则控制信号看起来似乎是合理的。

我已经使用了 C2000 DF22计算器、并将系数设置为等于我希望在所选频率下放置极点和零点的系数。 明天我将尝试 MATLAB 等。  

如果控制器的最佳增益值导致控制器的输出低于所需的最小占空比、会发生什么情况？ 是否可以接受用某个换算值“换算”控制器输出？ 将控制器输出乘以附加增益是否会导致控制器不正确？ 我知道您可以通过增大控制器的 B 系数值来增大实际控制器的增益、但这似乎是导致控制器输出不稳定的原因。  

按附加因素调整实际控制器输出是否会导致不稳定问题？  

为清楚起见、我的反激电压可以是0.0001、这会导致我的误差电压从3.0000变为2.9999、并且仍然会观察到0-15%占空比的不稳定控制器响应。  

您好、Joel、

实际上，“缩放输出”等效于更改补偿器增益。 因此、如果您以相同的方式调整输出、则在您上调控制器系数时可能发生的一切都将发生。 同样、您实际上可以首先在仿真中验证输出比例的影响、并根据需要在运行硬件测试之前查看该影响。

韩文

您好、Han、

再次查看 DCL 用户指南后、似乎在执行和调试代码之前没有重置 DCL 延迟线。 用户指南指出、为了避免错误的结果、必须在主代码中将延迟线初始化为零。

但是、对于 DF22控制器而言、没有实现控制器延迟线复位的功能...唯一的功能是 void DCL_resetDF22 (DCL_DF22 * p)、保留在 DCLF32.h 中 该参数用于 DCL_DF22、没有允许 DCL_DF22_CLA 作为输入的复位函数。 这是为什么？ 在实现 CLA 控制器时、如何将延迟线设置为零？ 是否有某种机制允许在不执行此代码的情况下将控制器设置为零？

此致...
Joel

您好、Han、

我在 DF23 CLA 代码的另一个示例中看到、在 CLA 初始化任务中、X1、X2和 X3延迟线可以按照设置系数的相同方式设置为0.0f。 在 CLA 中、我向现有的初始化代码添加了以下内容；

//从0dB = 1.0f 增益开始。
V_ctrl2.A1 = 1.0062300f；
V_ctrl2.A2 = 0.0444510f；
v_ctrl2.A3 =-0.0506810f；
v_ctrl2.b0 = 2.5101066f；
v_ctrl2.b1 =-6.7263321f；
v_ctrl2.b2 = 6.0075406f；
v_ctrl2.b3 =-1.7883328f；
V_ctrl2.x1 = 0.0f；
V_ctrl2.x2 = 0.0f；
v_ctrl2.x3 = 0.0f；

我可以看到更多有关控制器的信息。 例如、全误差时：  

然后、在接近零误差时：  

尽管 X1、X2和 X3值明显下降、但 u1k 和 u2k 值仍然存在。 不确定这是否表明存在任何问题。

对于 C2000Ware 数字补偿器设计器、您是否必须对要控制的转换器建模？ 数字补偿器系数是否完全取决于要控制的转换器的模型？

我的理解是、如果我确切地知道我的极点需要位于何处、因为我计算了它们需要来自输出电容器、电感器、 ESR 和控制频率等-我可以在数字补偿器设计器中设置这些频率并复制和粘贴输出系数、而不必担心我正在补偿的受控体。 这是错误的吗？ 如果我要在 SFRA 中对降压转换器进行实际建模、即使极点和零点位置保持不变、这是否会导致数字控制器系数发生显著变化？

最棒的
Joel

您好、Joel、

您可以确保以两种方式使用补偿器设计器。 如果您知道零点、极点和增益的位置、则可以将其用作仅计算补偿器系数的工具。 请确保您输入设计器的采样频率与您的采样/CLA 任务频率相匹配。

如果您使用 SFRA 来获取功率级的频率响应、则在设计补偿器时、您将能够获得开环/闭环频率响应的交互式视图、这将帮助您做出设计决策。 这与 Mathworks 提供的 SISOtool 类似。

BTW、我对您展示的 DF23参数进行了快速仿真。 我不确定您拥有的采样频率、但根据先前的讨论、它看起来像是1Msps。 我确实得到了一个响应、它将在进入一个常数之前振荡几轮。 请参见下图。 我在仿真中设置了1.0常量误差。 谢谢。

韩文

您好、Han、

感谢您提供了内容丰富的回复。 我认为设计人员的频率输入是缝合频率、而不是采样频率。 我以400kHz 的频率进行采样、对信号求平均值、然后以70khZ 的频率启动 CLA、这是转换器的环路带宽/交叉频率-在这种情况下、您会为设计人员输入选择哪种频率？ 如果不是开关频率、是采样频率还是 ISR 频率-因为它们并不总是相同的！ 极点频率将比设计人员使用的采样频率/频率高得多、因为我们通常将它们放置在开关频率(500kHz)的一半及更高的区域。

根据您提供的 MATLAB 图、您会认为控制器在一段时间后确实是稳定的。 正如我说过的、我在 ADC 输入上保持了0V、这样除了一些余量测量或偏移之外、误差应该非常接近常量。 您是否愿意发送 MATLAB 文件、以便我了解您是如何仿真数字控制器的？  

此致、祝您周末愉快。  
Joel

您好、Joel、

系统中似乎有3个频率：开关、采样和控制(CLA)更新频率。 最简单的方法(理想)是使所有3个频率保持不变。 这将避免您的设计中出现混淆。 如果您必须具有不同的值、则用于补偿器设计的值应为控制更新(CLA)频率。

如果您的补偿器很复杂且周期数较高、或者您具有非常快的开关频率(例如1MHz)、您还可以将采样/控制频率设置为开关频率的整数分之一(除非您具有 LLC 等可变频率拓扑)。 如果您只有 DF22补偿器、我们就没有压力以400kHz 采样频率运行补偿器。

根据数字控制理论、您的采样频率需要为环路带宽(交叉频率)的10-20倍、以保持系统稳定。 如果您具有70k 带宽且控制频率仅为70kHz、则系统将不稳定。 请确保在仿真中验证您的系统设计(包括您的采样、平均值、控制、更新方式)、以确保您的系统稳定。

韩文