本发明专利技术提供了一种结构简单、适应性强、可扩展性好、精度高、成本低、稳定性强的用于LCC无线电能传输系统的分数阶调相通信系统。本发明专利技术系统包括全桥逆变器(1)、LCC谐振网络发射端(2)、LCC谐振网络接收端(3)、信号拾取电路(4)、分数阶移相调制模块(5)、解调模块(6)以及用于把接收到的交流电压转换为直流电压并输出的被动整流和输出端(7)；本发明专利技术中，在进行无线电能传输的同时，把信号通过分数阶调相的方法调制进奇次谐波里面和基波能量一起同时传递到另一侧。本发明专利技术可应用于电力电子和通信工程领域。域。域。
【技术实现步骤摘要】
一种用于LCC无线电能传输系统的分数阶调相通信系统
[0001]本专利技术涉及电力电子和通信工程领域，尤其涉及一种用于LCC无线电能传输系统的分数阶调相通信系统。
技术介绍
[0002]无线电能传输系统为了满足控制的需要，通常都需要接收端和发射端进行通信，来传递控制策略所需的运作状态和控制目标值等参数。而这类无线电能传输系统通常的做法如下：
[0003](1)无线电能传输系统通过额外的通信模块来完成无线通信(例如WIFI 通信和蓝牙等无线通信协议)；
[0004](2)通过双通道来平行传输信号，一个通道传输基波来传递电能，另一个通道传输谐波以传递信息；
[0005](3)有一些特别的无线电能传输系统的控制策略甚至不需要使用无线通信，仅通过线圈反馈回来的电流变化来进行控制。
[0006]但上述几种方式分别存在一些难以克服的困难,分别如下。
[0007](1)通过额外的通信模块来完成无线通信的方式有以下的缺点：并不适合恶劣环境下工作，不利于无线电能传输系统应用于无人化工厂等场景中；延迟更长，不适合满足更精细的控制策略。
[0008](2)通过双通道来平行传输信号有以下的缺点：会有严重的电磁干扰问题，需要更加苛刻的EMC设计；多增加一个通道会大大增加成本；影响系统的功率输出。
[0009](3)不需要使用无线通信的控制策略又有以下的缺点：不能应用更多功能的控制策略；系统稳定性差，难以控制。
[0010]根据傅里叶变化原理可以得知，无线电能传输系统的逆变器输出的方波中会含有基波和大量的谐波分量：
[0011][0012]一般情况下，在无线电能传输系统中，基波分量会用于传递能量，而谐波分量会被谐振网络滤除。
[0013]根据上述原理，LCC无线电能传输系统所输出的方波中也会含有大量而且丰富的谐波，而这些谐波和基波一样都是一种正弦分量，其实谐波本身也是一种可以利用的能源。有鉴于电力系统中的谐波提取和利用的思想，本专利技术提出一种电能与信号同步传输技术的机理和方式。
技术实现思路
[0014]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、适应性强、可扩展性好、精度高、成本低、稳定性强的用于LCC无线电能传输系统的分数阶调相通信
系统。
[0015]本专利技术所述一种用于LCC无线电能传输系统的分数阶调相通信系统所采用的技术方案是：本专利技术包括
[0016]用于通过移相全桥的方式把直流电压变化为三电平状态的交流电压的全桥逆变器；
[0017]用于改善所述全桥逆变器输出的方波的性能，调节所述全桥逆变器输出基波和剩余分量的比例，控制所述全桥逆变器的输出增益和控制无功功率与有功功率的比例，并发射无线电能的LCC谐振网络发射端；
[0018]用于改善所述LCC谐振网络发射端发送来的方波的性能，调节所述LCC 谐振网络发射端发送来的基波和剩余分量的比例，控制所述LCC谐振网络发射端的输出增益和控制无功功率与有功功率的比例，并接收无线电能的LCC 谐振网络接收端；
[0019]用于拾取所述LCC谐振网络接收端接收到的无线电能中的奇次谐波信号，并预先分拣出来的信号拾取电路；
[0020]用于通过分数阶移相的方式来对输入信号进行单边带调制，把需要携带的信息合成并记录到PWM驱动信号中，并将PWM驱动信号输入到所述全桥逆变器中，并由全桥逆变器产生带有这些信息的交流电压的分数阶移相调制模块；
[0021]用于基于相干解调的方式，把所述信号拾取电路输出的复数通道的不同频的奇次谐波信号分别地解调出来的解调模块；以及
[0022]用于把接收到的交流电压转换为直流电压并输出的被动整流和输出端。
[0023]进一步地，所述分数阶移相调制模块的分数阶PI
γ
运算通过 Grunwald
‑
letnikov定义来实现，Grunwald
‑
letnikov分数阶微积分的定义为：
[0024][0025]其中，式1中的γ为分数阶的阶数，h表示步长，j表示计数元素的项数，t表示时间，t0表示相移时间，是runwald
‑
letnikov分数阶微积分的符号。
[0026]进一步地，所述分数阶PI
γ
的具体运算步骤为：
[0027]在选择步长h足够小时，近似忽略式1中的极限操作，此时， Grunwald
‑
letnikov定义下的分数阶导数与积分由下面的式2直接计算：
[0028][0029]式2中，ω
j
为二项式的系数，h表示步长，j表示计数元素的项数，t表示时间，t0表示相移时间，是runwald
‑
letnikov分数阶微积分的符号，有以下的递推关系：
[0030][0031]在对单一正弦分量进行计算时，产生一个移相，该移相用于进行移相调制，该移相的相位由分数阶的阶数γ来控制，根据所述全桥逆变器的平均电压与相角关系，实现分数阶
移相。
[0032]再进一步地，对复数个奇次谐波成分进行频分复用的具体过程如下：
[0033](1)在指定好相位角度的数值之后，对3次谐波的调制，计算出相应的分数阶运算的参数，定义为I1，此时会对应一个分数阶运算的阶数γ1来实现 3次谐波的指定相位移动；
[0034](2)需要对5次谐波进行相同大小的相位角度的移相调制，可以计算出相应的分数阶运算的参数，定义为I2，此时会对应一个分数阶运算的阶数γ2来实现5次谐波的指定相位移动；
[0035](3)需要对7次谐波进行相同大小的相位角度的移相调制，可以计算出相应的分数阶运算的参数，定义为I3，此时会对应一个分数阶运算的阶数γ3来实现7次谐波的指定相位移动；
[0036]如此类推，可以对其他奇次谐波进行移相调制，其中，相位根据相频特性曲线来进行选取。
[0037]再又进一步地，接收端提供一个同频同相的相干载波，与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量即可得到原始的基带调制信号。
[0038]本专利技术的有益效果是：本专利技术中，电能和信号是通过同一个磁路机构，从发射端传输到接收端的，减少了系统中的电磁干扰；充分利用了谐波的高频低能的特点，实现了高速率的信号传输；电能传输和信息传递是同时进行，有更小的信号延迟；对复数个奇次谐波成分进行频分复用，这种分频复用的方法可以保证各子信道中所传输的信号互不干扰，有效减少多径及频率选择性信道造成接收端误码率上升的影响，有效地提升频谱效率；电能和信号之间的影响比较小，可以在不影响到无线电能传输性能的情况下实现信号的调制和解调过程；可以协助无线电能传输系统实现更为复杂多变的控制策略。
附图说明
[0039]图1是本专利技术系统的简易结构框图(图1中，全桥逆变器由四个大功率的mosfet构成，分数阶调制模块可以用ASIC来实现这种数字调制过程，或者用DSP或者FPGA的可编本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于LCC无线电能传输系统的分数阶调相通信系统，其特征在于：它包括用于通过移相全桥的方式把直流电压变化为三电平状态的交流电压的全桥逆变器(1)；用于改善所述全桥逆变器(1)输出的方波的性能，调节所述全桥逆变器(1)输出基波和剩余分量的比例，控制所述全桥逆变器(1)的输出增益和控制无功功率与有功功率的比例，并发射无线电能的LCC谐振网络发射端(2)；用于改善所述LCC谐振网络发射端(2)发送来的方波的性能，调节所述LCC谐振网络发射端(2)发送来的基波和剩余分量的比例，控制所述LCC谐振网络发射端(2)的输出增益和控制无功功率与有功功率的比例，并接收无线电能的LCC谐振网络接收端(3)；用于拾取所述LCC谐振网络接收端(3)接收到的无线电能中的奇次谐波信号，并预先分拣出来的信号拾取电路(4)；用于通过分数阶移相的方式来对输入信号进行单边带调制，把需要携带的信息合成并记录到PWM驱动信号中，并将PWM驱动信号输入到所述全桥逆变器(1)中，并由全桥逆变器产生带有这些信息的交流电压的分数阶移相调制模块(5)；用于基于相干解调的方式，把所述信号拾取电路(4)输出的复数通道的不同频的奇次谐波信号分别地解调出来的解调模块(6)；以及用于把接收到的交流电压转换为直流电压并输出的被动整流和输出端(7)。2.根据权利要求1所述的一种用于LCC无线电能传输系统的分数阶调相通信系统，其特征在于，所述分数阶移相调制模块(5)的分数阶PI
γ
运算通过Grunwald
‑
letnikov定义来实现，Grunwald
‑
letnikov分数阶微积分的定义为：其中，式1中的γ为分数阶的阶数，h表示步长，j表示计数元素的项数，t表示时间，t0表示相移时间，是runwald
‑
letnikov分数阶微积分的符号。3.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈健斌，杨程喻，邹建俊，蒙贵，涂书专，温婉文，
申请(专利权)人：广东泰坦智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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