一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法及系统技术方案

本发明专利技术一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法及系统，所述原边逆变波形频率控制系统包括无线能量发射端及设置在该端的高频逆变电路、补偿电路和发射端控制电路，还包括在高频逆变电路与补偿网络之间安装的电压传感器，依照时序采集电压信号；所述发射端控制电路包括波形检测电路模块和与该模块相连的反馈控制电路模块，所述波形检测电路模块将检测到的电压信号数据通过傅里叶变换得到采集信号函数X(t)，将当前输入频率通过傅里叶变化得到理论信号函数Y(t)，计算两函数相关系数ρ

【技术实现步骤摘要】
一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法及系统


[0001]本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种基于傅里叶变换的无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法和系统。

技术介绍

[0002]随着电动汽车、高铁、无线传感网络等高新技术产业的蓬勃发展，以及电子设备在越来越多场合的应用，传统的有线供电方式暴露出了诸多局限，相较于传统的有线充电方式，无线电能传输系统具有使用灵活方便、少维护、可适应恶劣环境、易于实现无人自动供电和移动式供电的优点。
[0003]无线电能传输系统利用电磁场实现能量传输，一般由无线能量发射端与无线能量接收端两部分组成，在无线能量发射端，电源经过功率变换后的直流电通过高频逆变电路变为方波输出至谐振补偿电路和传能线圈组成的磁耦合机构。但是因为电容、电感、线圈等元器件的加工误差，系统实际工作的谐振频率与额定频率有偏差，导致逆变输出波形产生振铃，不能达到理论输出波形，难以满足高效、安全的充电需求，因此在实际工作过程中需要调节输入频率，以找到最佳工作频率实现高效无线电能传输。传统的调频方法需要使用参数识别、相位采集、锁相环等功能，硬件电路复杂，因此本专利技术基于傅里叶变换原理，综合考虑实际使用场景，建立了一种无线电能传输系统逆变频率自动控制方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决现有磁耦合原边逆变模块输出波形由于有震荡问题需要调频，而应用的调频方法由于采用硬件，具有电路复杂的问题，提出不额外增加硬件电路的一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法及系统，能够实现无线充电系统自动控制在最优谐振频率下工作。本专利技术依据无线电能传输技术原理，针对原边逆变输出波形震荡问题，采集电压信号获取波形特征，基于傅里叶变换方法将逆变波形表征为特征函数，考虑不同频率波形特点，采用相关系数计算拟合程度选出最优波形并进行反馈控制，从而实现无线充电系统最优谐振频率的自动控制。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法，包括如下步骤：
[0007]D1：特征信号采集步骤：在无线能量传输系统中，设定当前输入频率、电压和占空比等当前输入参数后，在发射端进行电压特征信号采集，根据时序采集获取电压信号，获得原始电压信号数据集，以此采集的电压信号数据拟合获得原始输入函数P(t)；
[0008]D2：函数拟合步骤：基于傅里叶变换对波形函数P(t)展开，获得三角函数形式的采集信号函数X(t)；再根据当前输入频率，获得完美逆变波形函数：理论信号函数Y(t)；
[0009]D3：相关系数计算步骤：定义两函数X(t)与Y(t)的相关系数为ρ
xy
，计算X(t)与Y(t)的相关系数ρ
xy
，从而判断两函数拟合的相关程度；
[0010]D4：反馈控制步骤：设定所需调控参数，根据设定的调控限值与调控精度，以上述
方法遍历区间内所有值计算获得每个输入频率的相关系数，相关系数最大的点即为输入信号最接近理论完美波形的点，也即为当前输入频率下最优输入频率，将该最优输入频率传输至逆变电路进行反馈控制。
[0011]所述D1中，设定的当前输入频率为p，电压u，占空比f，所述拟合法为插值法，通过插值法获得原始波形函数P(t)，插值公式为：
[0012][0013]所述D2中，傅里叶变换理论公式为：
[0014][0015]基于傅里叶变换原理，将原始函数P(t)展开，转化为三角函数形式的采集信号函数X(t)：
[0016][0017]根据所述当前输入参数可以获得该信号的理论完美波形，该波形为周期性方波，定义该方波信号函数为理论信号函数Y(t)。将该方波函数基于傅里叶变换原理展开：
[0018][0019]由此获得采集信号函数X(t)和理论信号函数Y(t)。
[0020]所述D3中，当理论信号函数y(t)近似采集信号x(t)时，x(t)可表示为：
[0021]x(t)＝a
xy
y(t)+x
e
(t)
[0022]其中，a
xy
为系数，x
e
(t)为误差信号，误差信号能量越小则近似程度越高，为使误差信号能量最小，则需使得误差信号能量对系数a
xy
的偏微分为0，由此获得最佳系数a
xy
为：
[0023][0024]因此ρ
xy
表达式为：
[0025][0026]当x(t)与y(t)都是确定信号时，ρ
xy
为实数且|ρ
xy
|<1。当信号x(t)与y(t)波形相同时，|ρ
xy
|＝1；当两个信号x(t)与y(t)毫无相似时，|ρ
xy
|＝0，此时两信号线性无关。因此可以ρ
xy
表示两信号的相似程度，0<|ρ
xy
|<1，|ρ
xy
|越接近1，表示两信号相似程度越高，反之则越小。
[0027]定义输入频率为pk，调控精度为j，取[(p
‑
1)k～(p+1)k]范围内，选择调控精度j，以J(J＝10
‑
j
)为间隔划分全部区间，计算所选区间内所有点相关系数，选取其中相关系数最
大点即为当前输入下最优频率。
[0028]一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制系统，包括无线能量发射端及设置在该端的高频逆变电路、补偿电路和发射端控制电路，其特征在于，还包括在高频逆变电路与补偿网络之间安装的电压传感器，该传感器依照时序采集电压信号；所述发射端控制电路包括波形检测电路模块和与该模块相连的反馈控制电路模块，所述波形检测电路模块与电压传感器电连接，将检测到的电压信号数据集通过傅里叶变换得到采集信号函数X(t)，将当前输入频率通过傅里叶变化得到理论信号函数Y(t)，计算两个函数的相关系数ρ
xy
并遍历所选取区间内所有点，选取相关系数最大点对应频率即为当前输入下最优输入频率，将最优输入频率通过反馈控制电路模块传递给高频逆变电路进行原边波形的最优控制。
[0029]所述电压信号数据集先通过插值法获得原始波形函数P(t)然后进行傅里叶变换，插值公式为：
[0030][0031]所述傅里叶变换理论公式为：
[0032][0033]所述采集信号函数为：
[0034]所述理论信号函数Y(t)为：
[0035][0036]所述相关系数ρ
xy
公式为：
[0037][0038]当x(t)与y(t)都是确定信号时，ρ
xy
为实数且|ρ
xy
|<1；当信号x(t)与y(t)波形相同时，|ρ
xy
|＝1；当两个信号x(t)与y(t)毫无相似时，|ρ
xy
|＝0，此时两信号线性无关；0&本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法，包括如下步骤：D1：特征信号采集步骤：在无线能量传输系统中，设定当前输入频率、电压和占空比等当前输入参数后，在发射端进行电压特征信号采集，根据时序采集获取电压信号，获得原始电压信号数据集，以此采集的电压信号数据拟合获得原始输入函数P(t)；D2：函数拟合步骤：基于傅里叶变换对波形函数P(t)展开，获得三角函数形式的采集信号函数X(t)；再根据当前输入频率，获得完美逆变波形函数：理论信号函数Y(t)；D3：相关系数计算步骤：定义两函数X(t)与Y(t)的相关系数为ρ
xy
，计算X(t)与Y(t)的相关系数ρ
xy
，从而判断两函数拟合的相关程度；D4：反馈控制步骤：设定所需调控参数，根据设定的调控限值与调控精度，以上述方法遍历区间内所有值计算获得每个输入频率的相关系数，相关系数最大的点即为输入信号最接近理论完美波形的点，也即为当前输入频率下最优输入频率，将该最优输入频率传输至逆变电路进行反馈控制。2.根据权利要求1所述的一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法，其特征在于所述D1中，设定的当前输入频率为p，电压u，占空比f，所述拟合法为插值法，通过插值法获得原始波形函数P(t)，插值公式为：。3.根据权利要求2所述的一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法，其特征在于所述D2中，傅里叶变换理论公式为：基于傅里叶变换原理，将原始函数P(t)展开，转化为三角函数形式的采集信号函数X(t)：根据所述当前输入参数可以获得该信号的理论完美波形，该波形为周期性方波，定义该方波信号函数为理论信号函数Y(t)。将该方波函数基于傅里叶变换原理展开：由此获得采集信号函数X(t)和理论信号函数Y(t)。4.根据权利要求3所述的一种无线电能传输系统原边逆变波形频率控制方法，其特征在于所述D3中，当理论信号函数y(t)近似采集信号x(t)时，x(t)可表示为：x(t)＝a
xy
y(t)+x
e
(t)其中，a
xy
为系数，x
e
(t)为误差信号，误差信号能量越小则近似程度越高，为使误差信号能量最小，则需使得误差信号能量对系数a
xy
的偏微分为0，由此获得最佳系数a
xy
为：
因此ρ
xy
表达式为：当x(t)与y(t)都是确定信号时，ρ
xy
为实数且|ρ
xy
|<1；当信号x(t)与y(t)波形相同时，|ρ
xy
|＝1；当两个信号x(t)与y(t)毫无相似...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世春，闫啸宇，宋鼎，郑孟超，刘治钢，陈宇航，吴优，孟洋洋，曾宪瑞，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：