【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线电能传输领域，具体涉及一种无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置及方法。
技术介绍
1、在实际的磁耦合谐振式无线电能传输系统应用中，高效的能量传输需要保证发送和接收线圈的平行和同心轴等位置特点。然而，由于设备振动、位移或磁场干扰等因素的影响，线圈的相对位置可能会发生变化，从而导致线圈之间的耦合系数减小，从而降低能量传输效率。
2、因此，本专利技术提出了一种无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置及其方法，以解决上述问题
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置及方法，其利用幂次趋近率滑模控制算法以及参数随变偏差耦合控制器，不仅实现了四自由度的高精度协同控制，也有效提升了本装置的鲁棒性、自适应性以及快速的响应能力，同时也进一步提高了测试装置的稳定性和降低了系统装置的成本。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置及方法，其包括四自由度测试装置和与其连接的控制器，所述控制器用于控制所述四自由度测试装置运动；
3、所述四自由度测试装置包括沿x轴方向布设的导轨和位于该导轨上的接收端框架，并在所述导轨上形成有用于放置发射线圈的平面；所述接收端框架可在x方向沿导轨与发射线圈作相对运动；
4、所述接收端框架包括两沿竖向依次设置的支撑板一和支撑板二，两者之间留有可供接收线圈放置的容置空间；并对应所述支撑板一设置有y轴调节结
5、所述导轨和所述y轴调节结构，以及所述z轴调节结构均通过伺服电机作为动力输入；并对应各个所述伺服电机设有编码器，以采集x、y和两z轴的位置信号，实现对装置的偏移测量。
6、作为本专利技术的进一步改进，所述控制器包括与四自由度测试装置连接的闭环滑膜控制模块以及参数随变偏差耦合控制器，其闭环滑膜控制模块用于对四个运动控制分别进行基于幂次趋近率的滑模控制，以实现对装置在x、y、z轴平移和绕y轴旋转方向上位置的精确控制和为高精度协同控制奠定基础；参数随变偏差耦合控制器用于提升系统的协同控制，以提高系统的跟踪性能和协同性能。
7、作为本专利技术的进一步改进，还包括多个光电传感器，其分别对应x轴上的导轨、y轴调节结构和两z轴调节结构设置，用于对各方向上的极限行程进行检测。
8、作为本专利技术的进一步改进，还包括报警控制模块，其与所述光电传感器连接。
9、作为本专利技术的进一步改进，所述支撑板一绕y轴转动范围为-15°～+15°；且所述导轨采取分段模块构造。
10、作为本专利技术的进一步改进，所述支撑板一和所述支撑板二均采用非金属材料制成；所述支撑板一呈透明状，采用聚甲基丙烯酸甲酯材料亚克力板。
11、作为本专利技术的进一步改进，其利用权利要求1～6中任一项所述的测试装置实现，其包括以下步骤：
12、s100：将待测的无线电能传输(wpt)系统发射端和接收端分别放置在该装置对应的标定区域，使其发射线圈和接收线圈位置处于同轴且同一平面；
13、s200：通过控制器分别设置x、y、z轴的移动速度和目标位置或旋转角度，并通过控制器控制各结构运动，当接收线圈达到指定目标测试位置后，完成测试；
14、s300：根据检测的数据，进行线圈抗偏移性分析。
15、作为本专利技术的进一步改进，在进行线圈的抗偏移性分析后，还包括以下步骤；
16、进行互感实验值、仿真值和计算值的比较；最后，通过分析比较结果，对线圈或系统参数进行优化，以使其达到预设要求。
17、作为本专利技术的进一步改进，在步骤s200中，通过控制器对x、y、z轴平移和绕y轴旋转进行控制时，首先将其分解为四个独立的运动控制单元，然后对四个运动控制单元分别进行基于幂次趋近率的滑模控制为高精度协同控制奠定基础，最后通过参数随变偏差耦合控制器实现系统的高精度协同控制。
18、作为本专利技术的进一步改进，所述基于幂次趋近率的滑模控制，其基于dq轴数学模型的表达式为：
19、
20、状态变量的选取：
21、
22、状态方程：
23、
24、定义滑模面：
25、
26、对滑模面求导：
27、
28、控制率采用幂次趋近率：
29、
30、计算出速度控制器：
31、
32、李亚普诺夫稳定性：
33、ss′＝s(-k|s|αsats)＜0
34、通过采用基于幂次趋近率的控制率，有效提高了本装置的鲁棒性、自适应性以及快速的响应能力。
35、作为本专利技术的进一步改进，所述基于带遗忘因子的递推最小二乘算法的参数辨识的参数随变偏差耦合控制器表达式如下：
36、最小二乘算法误差的平方和：
37、z(k)＝ht(k)θ+e(k)
38、
39、定义增益矩阵k(k)＝p(k)h(k)有最小二乘估计值：
40、
41、定义增益矩阵k(k)＝p(k)h(k)有带遗忘因子的递推最小二乘估计值：
42、
43、系统最小二乘算法的参数辨识正确估计值：
44、
45、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
46、(1)本专利技术的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置及方法，其通过在三个平移方向(即x、y、z轴)和绕y轴旋转，精确确定线圈在空间中的位置和旋转角度，实现无线电能传输系统的抗偏移性分析与测试。通过该装置的偏移性测试可有效分析线圈互感值，从而实现对系统结构和参数的优化，减少能量损失，并提高无线电能传输系统的性能、稳定性和传输效率。
47、(2)本专利技术的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置及方法，其具有高精度、高灵敏度和高可靠性等特点，可显著提升无线电能传输系统的可靠性和传输效率，具有广泛的应用价值。
48、(3)本专利技术的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置及方法，其基于幂次趋近率滑模控制算法以及参数随变偏差耦合控制器，通过对系统线圈位置进行精准控制，从而实现系统抗偏移性动态分析与测试系，进而优化系统结构和参数，减少能量损失，并提高无线电能传输系统的性能、稳定性和传输效率的目的。
49、(4)本专利技术的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置及方法，不仅实现了伺服电机的高精度协同控制，也实现了从三自由度到四自由度的测试；同时，通过滑轨式设计，可有效模拟新能源汽车行驶过程中发射端线圈与接收端线圈的偏移变化，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其特征在于，其包括四自由度测试装置和与其连接的控制器，所述控制器用于控制所述四自由度测试装置运动；
2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其中，所述控制器包括与四自由度测试装置连接的闭环滑膜控制模块以及参数随变偏差耦合控制器，其闭环滑膜控制模块用于对四个运动控制分别进行基于幂次趋近率的滑模控制，以实现对装置在X、Y、Z轴平移和绕Y轴旋转方向上位置的精确控制和为高精度协同控制奠定基础；参数随变偏差耦合控制器用于提升系统的协同控制，以提高系统的跟踪性能和协同性能。
3.根据权利要求1所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其中，还包括多个光电传感器，其分别对应X轴上的导轨、Y轴调节结构和两Z轴调节结构设置，用于对各方向上的极限行程进行检测；
4.根据权利要求1～3中任一项所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其中，所述支撑板一绕Y轴转动范围为-15°～+15°；且所述导轨采取分段模块构造。
5.根据权利要求4所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其中，
6.一种无线电能传输系统线圈抗偏移性测试方法，其特征在于，其利用权利要求1～5中任一项所述的测试装置实现，其包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试方法，其中，在进行线圈的抗偏移性分析后，还包括以下步骤；
8.根据权利要求7所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试方法，其中，在步骤S200中，通过控制器对X、Y、Z轴平移和绕Y轴旋转进行控制时，首先将其分解为四个独立的运动控制单元，然后对四个运动控制单元分别进行基于幂次趋近率的滑模控制为高精度协同控制奠定基础，最后通过参数随变偏差耦合控制器实现系统的高精度协同控制。
9.根据权利要求8所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试方法，其中，幂次趋近率的滑模控制，其基于DQ轴数学模型的表达式为：
10.根据权利要求9所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试方法，其中，参数随变偏差耦合控制器，其基于带遗忘因子的递推最小二乘算法的参数辨识表达式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其特征在于，其包括四自由度测试装置和与其连接的控制器，所述控制器用于控制所述四自由度测试装置运动；
2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其中，所述控制器包括与四自由度测试装置连接的闭环滑膜控制模块以及参数随变偏差耦合控制器，其闭环滑膜控制模块用于对四个运动控制分别进行基于幂次趋近率的滑模控制，以实现对装置在x、y、z轴平移和绕y轴旋转方向上位置的精确控制和为高精度协同控制奠定基础；参数随变偏差耦合控制器用于提升系统的协同控制，以提高系统的跟踪性能和协同性能。
3.根据权利要求1所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其中，还包括多个光电传感器，其分别对应x轴上的导轨、y轴调节结构和两z轴调节结构设置，用于对各方向上的极限行程进行检测；
4.根据权利要求1～3中任一项所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其中，所述支撑板一绕y轴转动范围为-15°～+15°；且所述导轨采取分段模块构造。
5.根据权利要求4所述的无线电能传输系统线圈抗偏移性测试装置，其中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡国珍，汤立刚，朱雄庭，唐玉昆，李成浩，
申请(专利权)人：湖北理工学院，
类型：发明
国别省市：
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