一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统，为了减轻线性扩张状态观测器对复杂扰动的观测压力，本发明专利技术基于被控系统已知的部分模型信息b

【技术实现步骤摘要】
一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统
本专利技术涉及无线电能传输
，具体涉及到一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统。
技术介绍
无线电能传输技术作为一种新型电能传输技术，能够完成对电气设备安全可靠地无线式供电。在智能手机、电动汽车以及智能家电等多个领域得到广泛应用。由于不同的电气设备对电能的要求存有差异，并且无线电能传输系统的输出特性会受到自身参数(如互感、负载等)变化以及外界环境干扰的影响，造成电能输出不稳定。因此为实现无线电能传输系统稳定可靠地输出，对系统的输出控制研究是十分必要的。无线电能传输系统由多种电路(包括直流源、整流逆变电路、谐振补偿电路、电磁耦合机构等)组合而成，这必然导致整个系统呈现出高阶、非线性等特性。目前，一些非线性控制算法已经应用到无线电能传输系统中，例如PI控制，运用经典控制理论对系统中存在的干扰与不确定性进行抑制，虽然控制器的模型依赖度低，但是对高阶无线电能传输系统的控制效果并不理想；滑模变结构控制方法，在外部干扰和摄动的情况下，系统依然能够维持鲁棒性，但是存在控制器输出抖动问题；H∞控制，在系统存在不确定性的前提下实现某一设计指标，但是具有较强的保守型且模型依赖度高；目前只有自抗扰控制比较合理地解决了整个系统内部和外部的不确定和非线性问题，依赖模型程度低，实现起来也很简单，适用于工程应用，使得系统具有非常强的鲁棒性。但是，传统自抗扰控制器的三个组成部分均采用了非线性函数，参数较多，可达十几个，这导致算法复杂且调节困难，在实际应用中难以简单快速地实现控制目标。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对无线电能传输系统中传统的非线性自抗扰控制器参数过多、调节复杂、并且扩张状态观测器估计的扰动项总和过大，进而导致观测压力很大、难以保证估计精度的问题，提出了一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统。本专利技术将改进型线性自抗扰控制器用于无线电能传输系统的稳压控制中。先采用一个基于模型补偿的二阶LESO得到系统的部分扰动量，然后利用此扰动量补偿到线性自抗扰控制器中去，如此使得自抗扰控制器中的线性扩张状态观测器不需要估计出全部的扰动量，减轻其观测压力同时提高了估计精度，增强系统的鲁棒性以及简化系统参数整定。技术方案：为实现上述技术效果，本专利技术提出的技术方案为：一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法，包括步骤：(1)对被控无线电能传输系统的负载输出端进行数学建模；(2)检测得到所述无线电能传输系统的输出电压Uout和副边谐振补偿电路输出电流的1次分量的实部Re<isr>1；(3)根据Uout和Re<isr>1设计二阶线性扩张状态观测器LESO对所述无线电能传输系统的输出电压Uout和扰动进行观测，得到系统的部分扰动量R0；所述二阶线性扩张状态观测器LESO的表达式为：其中，-k为二阶二阶线性扩张状态观测器LESO的闭环期望极点，k＞0，b1表示被控对象已知的部分模型信息，z01为实际输出电压值Uout的估计跟踪值，e1为输出电压估计值和实际值之差，z02为二阶二阶线性扩张状态观测器LESO对系统的扰动f(Cf，RL，<ucf>0)的估计值，即系统的已知扰动量R0，R0＝f(Cf，RL，<ucf>0)；(4)根据观测到的扰动量R0设计线性自抗扰控制器LADRC中的线性扩张状态观测器，观测所述无线电能传输系统的其他扰动量ω(t)；所述线性扩张状态观测器的表达式为：其中，e2为所述无线电能传输系统输出电压的观测值和实际值之差，z1为实际输出电压的估计跟踪值，z2为用于跟踪所述无线电能传输系统的其他扰动量ω(t)的估计值，ω(t)＝F(t)+(b-b01)u-R0；b01是控制器系数b的估计值，F(t)表示所述无线电能传输系统的总扰动量，β01、β02均为可调参数，u为改进型自抗扰控制量；(5)设计线性状态误差反馈控制律，对总扰动量F(t)进行补偿，得到对于所述无线电能传输系统的改进型自抗扰控制量u：其中，为给定电压值，e为给定电压值与实际输出电压的估计跟踪值之差，Kp为比例系数；(6)将改进型自抗扰控制量u转换为占空比α，从而对所述无线电能传输系统进行调压控制。本专利技术还提出一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制系统，包括：电压检测器、电流检测器、二阶线性扩张状态观测器LESO、线性自抗扰控制器LADRC和PWM驱动电路；电压检测器用于检测被控无线电能传输系统的输出电压；电流检测器用于检测被控无线电能传输系统的副边谐振补偿电路输出电流；二阶线性扩张状态观测器LESO对所述无线电能传输系统的输出电压Uout和扰动进行观测，得到系统的部分扰动量R0，二阶线性扩张状态观测器LESO的表达式为：其中，-k为二阶线性扩张状态观测器LESO的闭环期望极点，k＞0，b1表示被控对象已知的部分模型信息，z01为实际输出电压值Uout的估计跟踪值，e1为输出电压估计值和实际值之差，z02为二阶线性扩张状态观测器LESO对系统的扰动f(Cf，RL，<ucf>0)的估计值，即系统的已知扰动量R0，R0＝f(Cf，RL，<ucf>0)；线性自抗扰控制器LADRC中的线性扩张状态观测器测估计所述无线电能传输系统的其他扰动量ω(t)，所述线性扩张状态观测器的表达式为：其中，e2为所述无线电能传输系统输出电压的观测值和实际值之差，z1为实际输出电压的估计跟踪值，z2为用于跟踪所述无线电能传输系统的其他扰动量ω(t)的估计值，ω(t)＝F(t)+(b-b01)u-R0；b01是控制器系数b的估计值，F(t)表示所述无线电能传输系统的总扰动量，β01、β02均为可调参数，u为改进型自抗扰控制量；线性自抗扰控制器LADRC中的线性状态误差反馈控制律对总扰动量F(t)进行补偿，得到对于所述无线电能传输系统的改进型自抗扰控制量u：其中，为给定电压值，e为给定电压值与实际输出电压的估计跟踪值之差，Kp为比例系数；所述PWM驱动电路将改进型自抗扰控制量u转换为占空比α，从而对所述无线电能传输系统进行调压控制。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术采用线性自抗扰控制器，与一般的非线性自抗扰控制器相比，省略了跟踪微分器环节，减少了需要调节参数的个数，降低了控制器设计复杂度，算法更加简单且控制效果较好。(2)本专利技术在继承自抗扰控制器所有优点的同时，相对于未改进的自抗扰控制器，对无线电能传输系统进行部分建模，利用该部分已知的模型信息，避免了对系统进行整体数学建模的复杂，简化了控制设计；同时明显减小了线性扩张状态观测器的观测负担，降低了该扩张状态观测器所要估计的扰动的幅值，显著提高了对系统扰动的估计精度。(3)本专利技术充分利用扩张状态观测器的优点，采用二阶LESO先进行系统部分扰动量的观测，然后由自抗扰控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法，其特征在于，包括步骤：/n(1)对被控无线电能传输系统的负载输出端进行数学建模；/n(2)检测得到所述无线电能传输系统的输出电压U

【技术特征摘要】
20200325 CN 20201022161901.一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法，其特征在于，包括步骤：
(1)对被控无线电能传输系统的负载输出端进行数学建模；
(2)检测得到所述无线电能传输系统的输出电压Uout和副边谐振补偿电路输出电流的1次分量的实部Re<isr>1；
(3)根据Uout和Re<isr>1设计二阶线性扩张状态观测器LESO对所述无线电能传输系统的输出电压Uout和扰动进行观测，得到系统的部分扰动量R0；所述二阶线性扩张状态观测器LESO的表达式为：



其中，-k为二阶二阶线性扩张状态观测器LESO的闭环期望极点，k＞0，b1表示被控对象已知的部分模型信息，z01为实际输出电压值Uout的估计跟踪值，e1为输出电压估计值和实际值之差，z02为二阶二阶线性扩张状态观测器LESO对系统的扰动f(Cf，RL，<ucf>0)的估计值，即系统的已知扰动量R0，R0＝f(Cf，RL，<ucf>0)；
(4)根据观测到的扰动量R0设计线性自抗扰控制器LADRC中的线性扩张状态观测器，观测所述无线电能传输系统的其他扰动量ω(t)；所述线性扩张状态观测器的表达式为：



其中，e2为所述无线电能传输系统输出电压的观测值和实际值之差，z1为实际输出电压的估计跟踪值，z2为用于跟踪所述无线电能传输系统的其他扰动量ω(t)的估计值，ω(t)＝F(t)+(b-b01)u-R0；b01是控制器系数b的估计值，F(t)表示所述无线电能传输系统的总扰动量，β01、β02均为可调参数，u为改进型自抗扰控制量；
(5)设计线性状态误差反馈控制律，对总扰动量F(t)进行补偿，得到对于所述无线电能传输系统的改进型自抗扰控制量u：



其中，为给定电压值，e为给定电压值与实际输出电压的估计跟踪值之差，Kp为比例系数；
(6)将改进型自抗扰控制量u转...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晨阳，李晓丽，李壮，杨旭浩，魏楠，韩潇左，冯其凯，马帅，廖志娟，伍小杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32