一种感应电能传输系统高效稳压综合控制系统及方法技术方案

一种感应电能传输系统高效稳压综合控制方法，属于无线电能传输技术领域。该系统包括两个闭环回路，分别为最优效率跟踪控制回路和鲁棒恒压控制回路，所述最优效率跟踪控制回路，通过对系统电路建立交流阻抗模型计算出效率表达式，求得最优等效负载，在副边加入阻抗匹配网络，调节其变换器的占空比使得整流输出的等效电阻达到最优负载值实现最优效率跟踪。所述鲁棒恒压控制回路，通过建立系统的参数摄动模型，将负载采集电压与输入参考电压的差值送入鲁棒控制器，得到移相角控制原边的高频全桥逆变器实现恒压。有源阻抗匹配网络的最优效率跟踪控制和闭环的鲁棒控制，可以较好地满足系统的最优效率和输出恒定电压的多性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种感应电能传输系统高效稳压综合控制系统及方法
本专利技术涉及无线电能传输
，特别是一种感应电能传输系统高效稳压综合控制系统及方法。
技术介绍
感应电能传输技术利用电磁耦合原理，高频逆变器通过初级线圈产生的高频交变电流在空间中产生高频交变磁场，拾取线圈在高频交变磁场中感应出高频交流电压，这样利用能量在磁场中的空间转移，实现能量的非接触传输。相比于传统的导线接触的供电模式，ICPT技术具有安全、便捷、易维护、环境适应力强等特点，满足某些特殊环境和特殊场合的需求。在电动汽车、轨道交通、家用电器、植入式医疗设备和便携消费电子设备以及可穿戴移动设备等方面得到广泛的应用和研究。随着近年来电力电子技术的发展和半导体器件工艺的成熟，ICPT技术逐步从小功率的家具设备、医疗设备等应用拓展到中大功率的电动机车、轨道机车等应用。对于实际应用ICPT系统的设计和分析，通常需要该电路系统同时满足多个性能指标方面的要求，如输出功率、输出电压、系统效率、频率稳定性等。同时，ICPT特定的工作特性决定了其是一个参数易变的高阶非线性系统，因此，对于ICPT系统来说，还要保证系统在参数摄动下具有良好的抗干扰能力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感应电能传输系统高效稳压综合控制系统，其特征是：感应电能传输系统包括：主电路和控制电路，控制电路连接在主电路的负载上；所述的主电路为双LCL补偿感应电能传输系统，包括：直流电压源、高频逆变器、原边LCL谐振网络、副边LCL谐振网络、整流电路、滤波电容和BUCK‑BOOST变换器及负载；直流电压源连接在高频逆变器的输入端，为高频逆变器提供电源；高频逆变器的输出端与原边LCL谐振网络输入端相连接，原边LCL谐振网络与副边LCL谐振网络相耦合，副边LCL谐振网络的输出端与整流电路的输入端相连接，整流电路的输出端连接有滤波电容和BUCK‑BOOST变换器，BUCK‑BOOST变换器的输出端连接...

【技术特征摘要】
1.一种感应电能传输系统高效稳压综合控制系统，其特征是：感应电能传输系统包括：主电路和控制电路，控制电路连接在主电路的负载上；所述的主电路为双LCL补偿感应电能传输系统，包括：直流电压源、高频逆变器、原边LCL谐振网络、副边LCL谐振网络、整流电路、滤波电容和BUCK-BOOST变换器及负载；直流电压源连接在高频逆变器的输入端，为高频逆变器提供电源；高频逆变器的输出端与原边LCL谐振网络输入端相连接，原边LCL谐振网络与副边LCL谐振网络相耦合，副边LCL谐振网络的输出端与整流电路的输入端相连接，整流电路的输出端连接有滤波电容和BUCK-BOOST变换器，BUCK-BOOST变换器的输出端连接有负载；所述高频逆变器，由四个全控型开关管及其反并联二极管组成，为原边发射线圈提供高频电流从而产生高频磁场，原副边通过线圈耦合传输电能；所述原边LCL谐振网络包括：原边谐振电感Lr、原边谐振电容Cp以及原边发射线圈电感Lp；所述副边LCL型谐振网络包括：副边接收线圈电感Ls、副边谐振电容Cs及副边谐振电感L2；通过原边发射线圈Lp和副边接收线圈Ls之间的耦合，在副边接收线圈上Ls感应出电动势并通过副边谐振网络传输高频能量；所述的整流电路由四个不可控二极管组成，用于高频信号的整流，其输出信号通过滤波电容抑制高频信号，减少输出电压的纹波；所述的BUCK-BOOST变换器电路包括：IGBT开关管、二极管、电感Ld和电容Cd；在电源的正极上串联连接有IGBT开关管和二极管，在IGBT开关管和二极管之间连接有电感Ld的一端，电感Ld的另一端连接在电源负极；电容Cd连接在二极管一端的电源正极上，电容Cd的另一端连接在电源的负极上；所述的控制电路包括两个闭环控制回路：最优效率跟踪控制回路和鲁棒恒压控制回路。2.根据权利要求1所述的一种感应电能传输系统高效稳压综合控制系统，其特征是：所述的最优效率跟踪控制回路包括采样模块、乘法器；最优负载值、模拟电路和副边PWM驱动电路；所述的采样模块包括：电压传感器和电流传感器，通过关系式RL＝UR/IR可以得到实时的负载值，与最优负载值一并送入乘法器，输出连接到模拟电路；所述的模拟电路由数学运算模块搭建而成，包括：加法模块、均方根值模块和乘除法模块；采样模块连接在负载上，采样模块、模拟电路和副边PWM驱动电路顺序连接，副边PWM驱动电路的输出端与BUCK-BOOST变换器中的IGBT开关管的控制端连接。3.根据权利要求1所述的一种感应电能传输系统高效稳压综合控制系统，其特征是：所述的鲁棒恒压控制回路包括电压检测模块、无线通信模块、输出参考电压值、加法器、鲁棒控制器和移相控制电路；电压检测模块的输入端与负载连接，电压检测模块、无线通信模块、加法器、鲁棒控制器、移相控制电路顺序连接，移相控制电路的输出端与高频逆变器的控制端对应连接。4.根据权利要求1或2所述的一种感应电能传输系统高效稳压综合控制系统，其特征是：所述最优效率跟踪控制回路在系统副边加入BUCK-BOOST变换器保证系统整流输入的等效负载值不随负载改变，从而系统工作在最优效率变负载模式下系统参数的设计按照系统在最优负载值时进行设计，参数设计流程为：根据系统采用的谐振网络结构确定参数系统谐振频率ω、原副边线圈之间的互感M、原边谐振电感Lr、原边谐振电容Cp、原边发射线圈电感Lp、副边接收线圈电感Ls、副边谐振电容Cs、副边谐振电感L2、原边线圈内阻Rp、副边线圈内阻Rs；建立ICPT系统耦合机构的效率计算表达式η，对其求偏导得到最优负载数学表达式R'Lopt；整流电路输入等效负载和整流输出等效负载之间存在关系R'L＝8Req/π2，根据BUCK-BOOST变换器和能量守恒定律建立等效负载Req、负载RL及占空比D之间的关系即D＝1/(1+sqrt(Req/RL))，对于确定的系统来说，最优负载值是确定的，令R'L＝R'Lopt可得到实时负载与占空比之间的关系即D＝1/(1+sqrt(π^2×R'Lopt/8/RL))；根据实时检测到具体的负载值，可以调节响应的占空比D，使系统的整流输入等效负载保持不变，系统跟踪最优效率。5.根据权利要求1或3所述的一种感应...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晨阳，孙琪琪，李欣宇，吴镇，贾仁海，吴远航，路强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32