基于C语言模块的闭环控制原理

在电力电子电路仿真中，利用C语言模块（C Block）可以实现纯代码级别的分析与控制。其核心机制是读取电路的采样信号，通过控制算法计算出调节量，并输出具有特定占空比的方波信号，从而驱动开关器件实现闭环控制。

全局变量与参数定义

在编写控制逻辑前，需要定义系统的端口数量、计数器以及PID控制器的各项参数。以下代码展示了电压外环与电流内环的基础参数配置及状态变量初始化：

#include <string.h>

// 端口与计数器定义
static int input_port_count = 0;
static int output_port_count = 0;
static int pwm_timer = 0;
static int pid_timer = 0;

// 电压外环PID参数
static double v_loop_kp = 1.0;
static double v_loop_ki = 0.001;

// 电流内环PID参数
static double i_loop_kp = 0.002;
static double i_loop_ki = 0.000004;

// 系统状态与参考值
static double v_ref = 20.0;
static double i_ref = 0.0;
static double v_feedback = 0.0;
static double i_feedback = 0.0;
static double v_error_acc = 0.0;
static double i_error_acc = 0.0;

// 控制输出
static double duty_cycle = 0.0;

双闭环控制与PWM生成逻辑

控制算法通常采用电压外环与电流内环的双闭环结构。在仿真步长中，通过定时器降频执行PID计算，并根据计算结果生成PWM驱动信号。重构后的控制逻辑如下：

void control_step(double* in, double* out) {
    // 1. 信号采样
    v_feedback = in[1];
    // i_feedback = in[3]; // 若启用电流内环
    
    // 2. 电压外环PID计算 (降频执行，模拟控制频率)
    pid_timer++;
    if (pid_timer >= 10) {
        pid_timer = 0;
        
        double v_error = v_ref - v_feedback;
        v_error_acc += v_error;
        
        // 比例积分运算
        double pid_v_out = (v_loop_kp * v_error) + (v_loop_ki * v_error_acc);
        
        // 占空比限幅处理 (限制最大占空比)
        if (pid_v_out < 0.0) {
            duty_cycle = 0.0;
        } else if (pid_v_out > 40.0) {
            duty_cycle = 30.0; 
        } else {
            duty_cycle = pid_v_out;
        }
    }

    // 3. PWM载波生成 (设定完整的PWM周期步长)
    pwm_timer++;
    if (pwm_timer > 40) {
        pwm_timer = 0;
    }

    // 4. 驱动信号输出
    if (pwm_timer <= duty_cycle) {
        out[0] = 1.0; // 输出高电平
        out[1] = 0.0; // 互补或辅助信号
    } else {
        out[0] = 0.0; // 输出低电平
        out[1] = 0.0;
    }
}

仿真接口与器件驱动匹配

在将C Block接入实际仿真电路时，需特别注意驱动波形与MOSFET等开关器件特性的匹配。不同器件的栅极电荷和阈值电压存在差异，不能直接硬套通用的驱动波形。在某些复杂拓扑中，可以参考通过调节次级输出阻抗来动态改变负阻特性的思路，以实现更优的波形匹配与系统稳定性。

无源器件参数调整策略

在仿真环境中使用带抽头的可变电阻时，由于其抽头位置通常需要手动设置，难以实现动态的自动控制。因此，在纯仿真验证阶段，直接修改基础电阻（Resistor）的阻值参数，往往比使用可变电阻模型更加高效且易于实现自动化参数扫描。

PT对称电路特性与参数分析

增益与损耗的平衡条件

在基于宇称-时间（PT）对称理论的无线电能传输系统中，保证系统增益与损耗相等是实现特定工作状态的关键。理想情况下，当负阻抗的绝对值等于负载阻抗的绝对值（即 |-R| = |RL|）时，传输系统工作在浮频实本征状态。此时，即使极板发生偏移或间距变化，系统频率也能自动跟踪零相角点，从而保证输出功率的恒定。

然而，在实际仿真中，参数往往难以达到理想匹配。例如，当仿真设置 |-R| = 480Ω 而 |RL| = 5.6kΩ 时，系统明显偏离了PT对称的临界点，无法实现理想的恒功率传输特性。

文献对比与耦合系数影响

为了验证理论模型，可参考非线性PT对称电路的相关研究文献，将仿真参数调整为与文献一致（保持两边对称）。在此基础上，通过改变耦合系数（K），测量不同耦合状态下发射线圈和接收线圈的电压有效值（U1和U2）以及工作频率（f）。

通过列表作图分析，可以直观地观察耦合系数变化对系统传输性能的影响。其中，互感系数 M 的计算公式为：M = K * √(L1 * L2)。这种参数化分析方法有助于深入理解PT对称电路在强耦合与弱耦合区域的动态响应特性。