基于高斯自适应的PWM滑模控制方法技术

本发明专利技术涉及无线电力传输技术领域，具体是基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，具体步骤包括：为控制器参数、分别设计一个高斯自适应函数，使控制器参数能够在无线电力传输系统运行过程中动态调整；控制器接收来自无线电力传输系统的数据，对之后的n个控制信号与斜坡信号的大小关系进行预测；满足滑模存在条件时更新控制器参数；比较器输出栅极脉冲控制开关管动作。本发明专利技术使用PWM方式实现定频滑模控制，不需要附加硬件电路，减少硬件成本，可以避免开关频率不确定的情况，有利于电子器件的选型，减小开关损耗；且控制器参数在系统运行期间可以动态调整，使得无线电力传输系统获得了更短的电压跟踪时间，更小的稳态误差和纹波电压。稳态误差和纹波电压。稳态误差和纹波电压。

【技术实现步骤摘要】
基于高斯自适应的PWM滑模控制方法


[0001]本专利技术涉及无线电力传输
，具体是基于高斯自适应的PWM滑模控制方法。

技术介绍

[0002]无线电力传输系统作为一种新型的能量传输方式，具有灵活性，安全性高和可移动性等优点，已经被广泛应用于水下应用、可植入式医疗设备和物联网设备等领域。无线电力传输系统常使用DC
‑
DC电路+控制器的方案实现输出端的电压管理。控制方式主要有PID控制、基于滞环调制的滑模控制等。PID控制是一种线性控制器，不依赖于系统模型，仅仅根据期望与现状的偏差调节，调节参数也只有三个，设计、调节参数简单。
[0003]但是，对于非线性的无线电力传输系统来说，PID控制用线性近似非线性，精度会有所下降。滑模控制是一种非线性控制策略，且对于扰动不敏感，具有较好的鲁棒性。理论上，系统的工作频率越高，滑模控制能取得越好的工作状态，但对于Buck电路来说，开关频率过高会产生较大的开关损耗，电磁干扰也不可忽视。基于滞环调制的滑模控制引入滞环带限制开关频率，但输入电压或负载发生变化时，开关频率会发生变化，这就对器件选型造成了一定困难。
[0004]鉴于此，有必要对控制器进行改进，从而优化无线电力传输系统的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，包括以下步骤：S1、为控制器参数分别设计一个高斯自适应函数，使控制器参数能够在无线电力传输系统运行过程中动态调整；S2、控制器接收来自无线电力传输系统的数据，对之后的n个控制信号与斜坡信号的大小关系进行预测，满足滑模存在条件为：；S3、当不满足，继续S2，控制器参数保持上次的值，直到满足滑模存在条件，更新控制器参数；S4、比较器输出栅极脉冲控制开关管动作。
[0007]优选的，所述S1中使用的高斯函数如公式所示：；其中，是高斯函数的输入，是趋于无穷时的边界限制，是为0时的边界限制，与共同决定了高斯函数的开口方向，c决定曲线的凹凸程度，b是曲线尖峰中心
的坐标。
[0008]优选的，所述S2中，滑模存在条件及控制信号与斜坡信号的关系如下：；其中，为滑模面，为s的一阶微分，为参考电压与输出电压之差，为对时间的导数，为的积分，为滑模系数；（3）；其中，为Buck电路中的电感，为Buck电路中的电容，为流经电容的电流，为负载，为Buck电路的输入电压。
[0009]优选的，基于步骤S1和S2，当，控制器参数取值为：。
[0010]优选的，所述无线电力传输系统包括耦合系统、整流电路和Buck电路，且耦合系统通过整流电路与Buck电路相连接，所述耦合系统实现能量的无接触传输，所述整流电路将AC信号转换为DC信号，所述Buck电路管理输出电压。
[0011]优选的，所述耦合系统包括一个交流电压源，其频率为2MHz，为电源内阻，一个传输电感，两个谐振电感，一个接收电感，四个谐振电容，三个寄生电阻。
[0012]优选的，所述整流电路包括一个全桥整流器和一个滤波电容。
[0013]优选的，所述Buck电路包括一个电感，一个电容，一个续流二极管，一个输出电阻。
[0014]优选的，，，两个高斯函数分别为，的输入。
[0015]本专利技术通过改进在此提供基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：其一：本专利技术使用定频滑模控制方案，可以避免开关频率不确定的情况，有利于电子器件的选型，减小开关损耗；使用PWM方式实现定频滑模控制，不需要附加硬件电路，减少
硬件成本。
[0016]其二：本专利技术使用基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，控制器参数在系统运行期间可以动态调整，无线电力传输系统获得了更短的电压跟踪时间，更小的稳态误差和纹波电压。
附图说明
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步解释：图1是本专利技术中基于高斯自适应的PWM滑模控制方法流程框图；图2是本专利技术中无线电力传输系统的等效电路图。
具体实施方式
[0018]下面对本专利技术进行详细说明，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]本专利技术通过改进在此提供基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，本专利技术的技术方案是：基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，包括以下步骤：S1、为控制器参数分别设计一个高斯自适应函数，使控制器参数能够在无线电力传输系统运行过程中动态调整，使用的高斯函数如公式所示：；其中，是高斯函数的输入，是趋于无穷时的边界限制，是为0时的边界限制，与共同决定了高斯函数的开口方向，c决定曲线的凹凸程度（高斯函数是一个光滑函数，其导数也是光滑的，函数存在上下界，曲线凹凸程度可调。曲线光滑的特性使得控制器参数不会出现突变，无线电力传输系统的输出电压曲线比较平滑，存在上下界，控制器参数就会受到限制，凹凸程度可以改变控制器参数的变化速度），b是曲线尖峰中心的坐标；S2、控制器接收来自无线电力传输系统的数据，对之后的n个控制信号与斜坡信号的大小关系进行预测，满足滑模存在条件为：，且当，控制器参数取值为：；滑模存在条件及控制信号与斜坡信号的关系如下：；其中，为滑模面，为s的一阶微分，
为参考电压与输出电压之差，为对时间的导数，为的积分，为滑模系数；（3）；其中，为Buck电路中的电感，为Buck电路中的电容，为流经电容的电流，为负载，为Buck电路的输入电压；S3、当不满足，继续S2，控制器参数保持上次的值，直到满足滑模存在条件，更新控制器参数；S4、比较器输出栅极脉冲控制开关管动作。
[0020]如图2所示，所述无线电力传输系统包括耦合系统、整流电路和Buck电路，且耦合系统通过整流电路与Buck电路相连接，所述耦合系统实现能量的无接触传输，所述整流电路将AC信号转换为DC信号，所述Buck电路管理输出电压。
[0021]具体的，所述耦合系统包括一个交流电压源，其频率为2MHz，为电源内阻，一个传输电感，两个谐振电感，一个接收电感，四个谐振电容，三个寄生电阻；其中，所述整流电路包括一个全桥整流器和一个滤波电容；其中，所述Buck电路包括一个电感，一个电容，一个续流二极管，一个输出电阻。
[0022]如图1所示，将上述基于高斯自适应的PWM滑模控制方法应用在以上无线电力传输系统中，其中，为高斯函数的输入，为斜坡信号，其幅值为，，两个高斯函数分别为，的输入。
[0023]该控制方法通过高斯函数对传统的PWM滑模控制器施加特定的自适应规则，在这种情况下，控制器参数根据高斯函数动态调整，在无线电力传输系统中，DC
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DC电路作为输出电压管理阶段，其输入电压是随时间变化的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、为控制器参数分别设计一个高斯自适应函数，使控制器参数能够在无线电力传输系统运行过程中动态调整；S2、控制器接收来自无线电力传输系统的数据，对之后的n个控制信号与斜坡信号的大小关系进行预测，满足滑模存在条件为：；S3、当不满足，继续S2，控制器参数保持上次的值，直到满足滑模存在条件，更新控制器参数；S4、比较器输出栅极脉冲控制开关管动作。2.根据权利要求1所述的基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，其特征在于：所述S1中使用的高斯函数如公式所示：；其中，是高斯函数的输入，是趋于无穷时的边界限制，是为0时的边界限制，与共同决定了高斯函数的开口方向，c决定曲线的凹凸程度，b是曲线尖峰中心的坐标。3.根据权利要求1所述的基于高斯自适应的PWM滑模控制方法，其特征在于：所述S2中，滑模存在条件及控制信号与斜坡信号的关系如下：；其中，为滑模面，为s的一阶微分，为参考电压与输出电压之差，为对时间的导数，为的积分，、、为滑模系数；（3）；其中，为Buck电路中的电感，为Buck电路中的电容，为流经电容的电流，为负载，为Buck电路的输入电压。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：高旭东，曹文杰，杨强，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：