基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法技术方案

本发明专利技术涉及无线电能传输技术领域，具体公开了一种基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法，首先建立了双侧LCC拓扑结构的无线电能传输系统的GSSA模型，并根据系统的非线性特性建立了小信号模型并基于小信号模型构建系统的小信号开环传递函数；然后，通过平衡降阶方法，将17阶系统降为3阶系统，并基于降阶后的小信号模型对小信号开环传递函数进行参数调整，得到PI控制函数，解决了系统由于高阶和非线性导致控制器设计难度大的问题，设计的PI控制器，确保了6.6kw电动汽车无线充电系统输出电压的稳定性。电系统输出电压的稳定性。电系统输出电压的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法


[0001]本专利技术涉及无线电能传输
，尤其涉及基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法。

技术介绍

[0002]无线功率传输(WPT)技术具有安全性和灵活性的优点，广泛作用于电动汽车、石油钻井、家用电子、生物医学等各个领域。比如一个典型的电动汽车无线充电系统，主要由地面一次侧和车端二次侧组成。通常，在充电过程中，负载等参数会发生变化，这将影响输出电压的质量。因此，为了保证系统输出的稳定性，有必要采取一定的输出电压稳定控制策略。
[0003]目前，人们对系统的输出电压稳定控制进行了一些研究。一种基于LCC
‑
N磁集成和无补偿电路的一次侧线性控制策略，实现了无线功率传输系统的恒流(CC)/电压(CV)充电，从而减少了额外控制器的数量。基于数据驱动建模和内模控制的输出电压调整方法，可以更好地估计系统的时延。基于扩展描述函数法推导了LCC
‑
S系统的低阶线性频域模型，该模型对于控制器的设计简单直观。针对具有串联补偿的无线输电系统，提出了一种离散滑模控制方法。在二次侧使用buck变换器，以实现快速的最大能效跟踪和输出电压调节。
[0004]然而，目前的研究还存在一些问题。基于一次侧的控制方法，当互感和其他参数变化时，系统的输出电压无法精确控制；如果二次侧由buck变换器控制，则会降低系统效率，增加控制成本；大多数建模和控制方法主要关注SS和LCC
‑
S/N拓扑。双向LCC拓扑的无线能量传输系统具有恒流特性，广泛作用于电动汽车的无线充电。基于这种拓扑的研究主要集中在拓扑、耦合机制和抗偏移性能。有必要针对具有双向LCC拓扑的无线能量传输系统，提出一种适用的建模和闭环控制方法，以确保系统输出的稳定性，弥补行业差距。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法，解决的技术问题在于：如何确保系统输出的稳定性。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术提供一种基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法，包括步骤：
[0007]S1、建立双侧LCC无线充电系统的GSSA模型；
[0008]S2、根据系统的非线性特性添加小扰动来线性化所述GSSA模型，建立对应的小信号模型；
[0009]S3、基于所述小信号模型构建系统的小信号开环传递函数；
[0010]S4、对所述小信号模型进行降阶；
[0011]S5、基于降阶后的所述小信号模型对所述小信号开环传递函数进行参数调整，得到PI控制函数；
[0012]S6、采集系统输出电压，并计算与给定响应值之间的差值，将该差值输入所述PI控
制函数，计算得到相移角的占空比d，并生成相应的PWM输出并作用于双侧LCC无线充电系统原边侧的高频逆变器。
[0013]进一步地，在所述步骤S3中，所述小信号开环传递函数建立为：
[0014][0015]A、和C分别表示所述小信号模型中系统的状态、控制、输出状态系数矩阵，I表示单位矩阵。
[0016]具体的，A、和C分别表示如下：
[0017][0018][0019]C＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]，
[0020]其中，U
dc
表示DC直流输入，ω0表示系统工作角频率，L
f1
表示原边补偿电感，C
f1
表示原边并联补偿电容，C
p
表示原边串联补偿电容，L
p
表示发射线圈，L
s
表示接收线圈，C
s
表示副边谐振电容，C
f2
表示副边并联补偿电容，L
f2
表示副边补偿电感，C
d
表示滤波电容，R1表示L
f1
、L
p
、L
s
、L
f2
的内阻，R
L
表示负载，M表示L
p
与L
s
之间的互感，令之间的互感，令表示稳态占空比，γ表示占空比扰动，Δ＝M2‑
L
p
L
s
。
[0021]具体的，在所述步骤S4中，采用平衡截断方法将17阶的所述小信号模型降为3阶。
[0022]具体的，在所述步骤S1中，所述GSSA模型建立为：
[0023][0024]其中，x(t)＝[x1,x2,
…
,x
17
]T
代表状态变量，u(t)＝[u
AB
(d)]代表控制输入，y(t)＝[u
o
]表示系统的输出，A、B和C分别表示该模型中系统的状态、控制、输出状态系数矩阵。
[0025]具体的，B表示为：
[0026][0027]优选的，在所述步骤S5中，所述PI控制函数设计为：
[0028][0029]本专利技术提供的一种基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法，首先建立了双侧LCC拓扑结构的无线电能传输系统的GSSA模型，并根据系统的非线性特性建立了小信号模型并基于小信号模型构建系统的小信号开环传递函数；然后，通过平衡降阶方法，将17阶系统降为3阶系统，并基于降阶后的小信号模型对小信号开环传递函数进行参数调整，得到PI控制函数，解决了系统由于高阶和非线性导致控制器设计难度大的问题，设计的PI控制器，确保了电动汽车无线充电系统输出电压的稳定性。
附图说明
[0030]图1是本专利技术实施例提供的典型双侧LCC无线充电系统的电路原理图；
[0031]图2是本专利技术实施例提供的PS控制切换和α相角输出电压图；
[0032]图3是本专利技术实施例提供的图1的双侧LCC拓扑简化电路图；
[0033]图4是本专利技术实施例提供的高阶实系统和低阶等效系统的波特图；
[0034]图5是本专利技术实施例提供的开环控制系统的波特图；
[0035]图6是本专利技术实施例提供的逆变器输出电流和电压的稳态图；
[0036]图7是本专利技术实施例提供的瞬态响应性能的仿真结果图；
[0037]图8是本专利技术实施例提供的负载切换条件下响应的仿真结果图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图具体阐明本专利技术的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本专利技术的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本专利技术专利保护范围的限制，因为在不脱离本专利技术精神和范围基础上，可以对本专利技术进行许多改变。
[0039]图2显示了典型的双侧LCC无线充电系统及其闭环控制设置。一次侧由原边补偿电感L
f1
、原边并联补偿电容C
f1
、原边串联补偿电容C
p
和发射线圈L
p
组成，二次侧由接收线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法，其特征在于，包括步骤：S1、建立双侧LCC无线充电系统的GSSA模型；S2、根据系统的非线性特性添加小扰动来线性化所述GSSA模型，建立对应的小信号模型；S3、基于所述小信号模型构建系统的小信号开环传递函数；S4、对所述小信号模型进行降阶；S5、基于降阶后的所述小信号模型对所述小信号开环传递函数进行参数调整，得到PI控制函数；S6、采集系统输出电压，并计算与给定响应值之间的差值，将该差值输入所述PI控制函数，计算得到相移角的占空比d，并生成相应的PWM输出并作用于双侧LCC无线充电系统原边侧的高频逆变器。2.根据权利要求1所述的基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述小信号开环传递函数建立为：A、和C分别表示所述小信号模型中系统的状态、控制、输出状态系数矩阵，I表示单位矩阵。3.根据权利要求2所述的基于GSSA模型降阶分析的双侧LCC无线充电系统控制方法，其特征在于，A、和C分别表示如下：
C＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]，其中，U
dc
表示DC直流输入，ω0表示系统工作角频率，L
f1
表示原边补偿电感，C
f1
表示原边并联补偿电容，C
p
表示原边串联补偿电容，L
p
表示发射线圈，L
s
表示接收线圈，C
s
表示副边谐振电容，C
f2
表示副...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫宇鸿，赵仕军，唐春森，肖静，韩帅，王智慧，吴晓锐，龚文兰，吴宁，陈卫东，陈绍南，郭敏，郭小璇，姚知洋，阮诗雅，李小飞，左志平，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：