一种基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法及系统，本发明专利技术方法包括：电流检测电路检测发射端电流信号，并将发射端电流信号送入发射端频率跟踪控制器中；控制电路根据检测电流频率，通过乘法鉴相器以及滤波电路，得出电压信号与电流信号之间的相位差信号；相位差信号通过模糊PI控制输出与采样电流信号相同频率的频率信号；根据频率信号生成脉冲信号控制逆变器的Mos管导通，以控制电压频率与电流频率相同，达到谐振状态。本发明专利技术主要利用电流检测分析接收端位置，利用基于模糊PI控制的频率跟踪控制对发射端电压频率进行控制，使得系统进入谐振状态，提升传输效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及无线电能传输
，具体而言，尤其涉及一种基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法及系统。

技术介绍

[0002]目前在磁耦合谐振式无线电能传输系统中，自动调谐技术是一种方法，其关键在于系统参数发生变化时能够通过自动调整相关参数保证系统始终工作在谐振状态下。通过改变电感和电容大小的方法使系统达到谐振状态是调谐的重要手段，但是电感、电容的调节是一个被动的过程，通过增加一些控制手段实现主动控制才能保证调谐的连续性。
[0003]相控电感调谐系统是通过控制双向可控开关管的通断时间来改变导通角实现对流过电感的电流进行控制，从而实现连续调节。因为其开关管接入到电路中会对系统所能承受的最大功率产生影响，故这种调谐方法只能应用于功率较小的WPT系统中。
[0004]基于补偿电容矩阵的调谐策略是利用补偿电容矩阵的方法使失谐的系统重新回到谐振状态。补偿电容是用来消除耦合线圈的自感效应带来的感性阻抗，当电容矩阵数量足够时，完全可以达到控制要求，但大量的电容结构会使系统过于庞大，接入的开关管数量更多。由于无线电能传输过程中会产生较强的电磁干扰，可能会导致开关管误导通，容易发生危险。

技术实现思路

[0005]根据上述提出的技术问题，而提供一种基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法及系统。本专利技术主要利用电流检测分析接收端位置，利用基于模糊PI控制的频率跟踪控制对发射端电压频率进行控制，使系统进入谐振状态提升传输效率。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法，包括如下步骤：
[0008]S1、电流检测电路检测发射端电流信号，并将发射端电流信号送入发射端频率跟踪控制器中；
[0009]S2、控制电路根据检测电流频率，通过乘法鉴相器以及滤波电路，得出电压信号与电流信号之间的相位差信号；
[0010]S3、相位差信号通过模糊PI控制输出与采样电流信号相同频率的频率信号；
[0011]S4、根据频率信号生成脉冲信号控制逆变器的Mos管导通，以控制电压频率与电流频率相同，达到谐振状态。
[0012]进一步地，所述步骤S2中的乘法鉴相器是进行相位比较的电路，用于反映输入信号相位θ1(t)和反馈信号θ2(t)的相位差θ(t)。
[0013]进一步地，所述步骤S2的具体实现过程如下：
[0014]S21、设乘法器的系数为K
m
，计算输入信号U
i
(t)，计算公式如下：
[0015]U
i
(t)＝U
i
sin[ω0+θ1(t)][0016]上式中，ω0为压控振荡器的固有频率，θ1(t)为输入信号的瞬时相位；
[0017]S22、计算反馈输出信号U
0(t)
，计算公式如下：
[0018]U0(t)＝U0sin[ω0+θ2(t)][0019]上式中，θ2(t)为输出信号的瞬时相位；
[0020]S23、将步骤S21和步骤S22中的两个计算公式相乘，然后滤除其高频成分，得到输出电压U
d
(t)为：
[0021]U
d
(t)＝0.5K
m
U0U
i
cos[θ1(t)
‑
θ2(t)]＝0.5K
m
U0U
i
cosθ(t)
[0022]U
d
(t)≈V
d
θ(t)
[0023]V
d
＝0.5K
m
U0U
i
[0024]上式中，U0为反馈输出信号幅值，U
i
为输入信号幅值，V
d
为输出电压幅值。
[0025]进一步地，所述步骤S3中，利用模糊控制对PI控制进行优化，在频率跟踪过程中对PI控制的参数K
P
和K
i
进行调节以改善频率跟踪控制系统的性能。
[0026]进一步地，所述步骤S3的具体实现过程如下：
[0027]S31、选择模糊控制器的输入变量；选择乘法鉴相器输出的发射端电流与压控振荡器反馈电压信号的阻抗角作为输入变量E；选择阻抗角变化速率作为另一个输入变量EC；
[0028]S32、选择模糊控制器的输出变量；选择PI控制器的比例调节与积分调节的调整量ΔK
P
、ΔK
i
作为输出变量；则有：
[0029][0030]上式中，K
P
(n+1)、K
i
(n+1)分别为下一个信号的参数值。
[0031]S33、设置模糊控制器的输入变量E基本论域为[
‑
10，10]，语言变量论域用X表示，并将其量化成9个等级，即：
[0032]X＝{
‑
10，
‑
7.5，
‑
5，
‑
2.5，0，2.5，5，7.5，10}
[0033]S34、将另外一个输入变量EC的语言变量论域用Y表示，同样将其量化9个等级，即：
[0034]Y＝{
‑
10，
‑
7.5，
‑
5，
‑
2.5，0，2.5，5，7.5，10}
[0035]S35、将输出变量ΔK
P
和ΔK
i
的语言变量论域分别用A和B表示，量化9个等级为：
[0036]A＝{
‑
10，
‑
7.5，
‑
5，
‑
2.5，0，2.5，5，7.5，10}
[0037]B＝{
‑
20，
‑
15，
‑
10，
‑
5，0，5，10，15，20}
[0038]S36、选择“过负”、“负”、“零”、“正”、“过正”五个语言值，将两个输入语言变量的模糊子集表示为：
[0039][0040]S37、将两个输出语言变量的模糊子集表示为：
[0041][0042]S38、采用三角形隶属度函数，对输入语言变量与输出语言变量进行处理，得到隶属度函数图像；
[0043]S39、确定隶属度函数后，对隶属度函数设定控制规则，即相对于不同的输入语言变量所对应不同的输出语言变量，得到输出语言变量ΔK
P
、ΔK
i
的控制规则表。
[0044]本专利技术还提供了一种基于上述基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法的磁耦合谐振式无线电能传输系统，包括：基于模糊PI控制的频率跟踪控制模块、直流电源、逆变器、补偿电容、发射线圈、接收线圈、整流桥以及负载；其中：直流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、电流检测电路检测发射端电流信号，并将发射端电流信号送入发射端频率跟踪控制器中；S2、控制电路根据检测电流频率，通过乘法鉴相器以及滤波电路，得出电压信号与电流信号之间的相位差信号；S3、相位差信号通过模糊PI控制输出与采样电流信号相同频率的频率信号；S4、根据频率信号生成脉冲信号控制逆变器的Mos管导通，以控制电压频率与电流频率相同，达到谐振状态。2.根据权利要求1所述的基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的乘法鉴相器是进行相位比较的电路，用于反映输入信号相位θ1(t)和反馈信号θ2(t)的相位差θ(t)。3.根据权利要求1所述的基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S2的具体实现过程如下：S21、设乘法器的系数为K
m
，计算输入信号U
i
(t)，计算公式如下：U
i
(t)＝U
i
sin[ω0+θ1(t)]上式中，ω0为压控振荡器的固有频率，θ1(t)为输入信号的瞬时相位；S22、计算反馈输出信号U0(t)，计算公式如下：U0(t)＝U0sin[ω0+θ2(t)]上式中，θ2(t)为输出信号的瞬时相位；S23、将步骤S21和步骤S22中的两个计算公式相乘，然后滤除其高频成分，得到输出电压U
d
(t)为：U
d
(t)＝0.5K
m
U0U
i
cos[θ1(r)
‑
θ2(t)]＝0.5K
m
U0U
i
cosθ(t)U
d
(t)≈V
d
θ(t)V
d
＝0.5K
m
U0U
i
上式中，U0为反馈输出信号幅值，U
i
为输入信号幅值，V
d
为输出电压幅值。4.根据权利要求1所述的基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用模糊控制对PI控制进行优化，在频率跟踪过程中对PI控制的参数K
P
和K
i
进行调节以改善频率跟踪控制系统的性能。5.根据权利要求1所述的基于模糊PI控制无线电能传输系统频率跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S3的具体实现过程如下：S31、选择模糊控制器的输入变量；选择乘法鉴相器输出的发射端电流与压控振荡器反馈电压信号的阻抗角作为输入变量E；选择阻抗角变化速率作为另一个输入变量EC；S32、选择模糊控制器的输出变量；选择PI控制器的比例调节与积分调节的调整量ΔK
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑忠玖，王云鹤，卜思杨，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：