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    基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法技術(shù)方案

    技術(shù)編號(hào):15794403 閱讀:197 留言:0更新日期:2017-07-10 08:22
    本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法,包括如下步驟:S1,將諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的副邊電路等效為原邊電路,根據(jù)等效的原邊電路求解原邊諧振電流;S2,將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等效為受原邊控制的電壓源,經(jīng)過(guò)傅里葉變換將副邊整流電路等效為一個(gè)匝數(shù)比為

    【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
    基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑??刂品椒?/a>
    本專利技術(shù)涉及自動(dòng)化控制領(lǐng)域,尤其涉及一種基于感應(yīng)耦合電能傳輸(ICPT)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法。
    技術(shù)介紹
    現(xiàn)有技術(shù)中,傳統(tǒng)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)控制算法沒(méi)有基于原邊的二階滑??刂扑惴?,沒(méi)有建立針對(duì)原邊串聯(lián)-副邊并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的二階直流等效模型,對(duì)于控制副邊開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)輸出端電壓的控制器其效率問(wèn)題無(wú)法解決,而且控制器對(duì)負(fù)載干擾敏感,同時(shí)受電路參數(shù)影響較大,不能快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng),而且現(xiàn)有技術(shù)的控制器設(shè)計(jì)中需要電流的采樣值和積分項(xiàng)。傳統(tǒng)控制器的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的輸出電壓在負(fù)載擾動(dòng)和耦合系數(shù)變化的情況下,需要相對(duì)較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。這就亟需本領(lǐng)域技術(shù)人員解決相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題。
    技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
    本專利技術(shù)旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題,特別創(chuàng)新地提出了一種基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑??刂品椒ā榱藢?shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的上述目的,本專利技術(shù)提供了一種基于ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法,包括如下步驟:S1,將諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的副邊電路等效到原邊電路,根據(jù)等效的原邊電路求解原邊諧振電流;S2,將副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等效為受原邊電流控制的電壓源,同時(shí)經(jīng)過(guò)傅里葉變換將副邊整流電路等效為一個(gè)匝數(shù)比為的變壓器;S3,得到該諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的直流等效電路,根據(jù)該直流等效電路的差分方程,設(shè)定參考電壓vref,將輸出電壓V和參考電壓vref的差值定義為滑模變量的誤差信號(hào)值s;S4,設(shè)置動(dòng)態(tài)參數(shù)值β,s的初始狀態(tài)為負(fù)時(shí),狀態(tài)的切換條件為s≥βsm;s的初始狀態(tài)為正時(shí),狀態(tài)的切換條件為s≤βsM,控制器結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)能量注入狀態(tài)和兩個(gè)能量自諧振狀態(tài)和一個(gè)初始狀態(tài)組成;S5,檢測(cè)原邊諧振電流的過(guò)零點(diǎn),保證電路工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài);S6,根據(jù)動(dòng)態(tài)參數(shù)值的實(shí)時(shí)更新,相軌跡在能量注入階段的軌跡和能量自諧振階段的軌跡相互切換,最終到達(dá)滑模面所述的基于ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑??刂品椒?,優(yōu)選的,所述S1包括:其中,ω0-電路的自然頻率,ω-諧振電路的工作頻率,τ-諧振電路的時(shí)間常數(shù),Q-電路的品質(zhì)因數(shù),Vp為原邊電壓,t為時(shí)間常數(shù)。所述的基于ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法,優(yōu)選的,所述S3包括:直流等效后的電路參數(shù)表達(dá)式為:直流電壓為直流電感:Lequ=Ls,直流電容:Cequ=Cs,直流電阻:其中得到等效電路的差分方程表達(dá)式所述的基于ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑??刂品椒?,優(yōu)選的,所述S3還包括:基于差分方程表達(dá)式,定義s=vo-vref,vref為設(shè)置的參考電壓,S的一階二階求導(dǎo)方程表示為由上式可知,簡(jiǎn)化后的電路滑動(dòng)動(dòng)態(tài)的相對(duì)階為2;考慮使用二階滑??刂破鳎虼耍x取滑模面為將S的一階二階求導(dǎo)方程化簡(jiǎn)可得到下述表達(dá)式為簡(jiǎn)便分析,將電路置于開(kāi)路狀態(tài),ICPT系統(tǒng)處于無(wú)阻尼狀態(tài),相當(dāng)于為零;對(duì)方程左右兩邊乘以并積分設(shè)置變量將替換,得到能量注入階段,能量自諧振階段,re,rf分別為能量注入階段和能量自諧振階段的相軌跡圖的半徑,它們的值均由電路的初始狀態(tài)決定,假定初始值為s0,電路的模式的切換發(fā)生在βNsm,βN為0到1之間的一個(gè)常數(shù),決定系統(tǒng)的趨近過(guò)程,sm為能量注入階段的最小值,初始點(diǎn)為(s0,0)相軌跡圖。所述的基于ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法,優(yōu)選的,所述S4包括:求出極限情況下的βN和βP,即經(jīng)過(guò)一次切換,相軌跡達(dá)到滑模面在實(shí)際電路中,為了防止輸出電壓的超調(diào)同理,若初始點(diǎn)在右半平面,求出同樣,為防止輸出電壓超調(diào)所述的基于ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑??刂品椒?,優(yōu)選的,所述S5包括:檢測(cè)原邊諧振電流的過(guò)零點(diǎn),然后通過(guò)相位校正電路校正由于采樣電路帶來(lái)的相位誤差,保證每次開(kāi)關(guān)動(dòng)作是在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻完成;在保證此條件下,再實(shí)現(xiàn)二階滑模控制算法。綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本專利技術(shù)的有益效果是:該控制方案從原邊進(jìn)行控制,且該控制方法是在保證實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)上而實(shí)現(xiàn)的控制方法,提升了電路工作的效率。提出的二階滑??刂扑惴ㄖ恍枰敵鲭妷旱牟蓸又岛椭C振電流的過(guò)零點(diǎn),而不需要電流的具體值和任何積分項(xiàng)。該控制算法對(duì)電路參數(shù)的不確定性,以及負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。本控制算法同樣適用于其他拓?fù)涞腎CPT(感應(yīng)耦合電能傳輸)電路。本專利技術(shù)的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過(guò)本專利技術(shù)的實(shí)踐了解到。附圖說(shuō)明本專利技術(shù)的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解,其中:圖1是本專利技術(shù)原邊串聯(lián)-副邊并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)電路拓?fù)?;圖2是本專利技術(shù)將副邊等效到原邊后的電路;圖3是本專利技術(shù)將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等效為初步副邊等效電路圖;圖4是本專利技術(shù)原邊串聯(lián)-副邊并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)直流等效電路拓?fù)?;圖5是本專利技術(shù)能量注入和自諧振相軌跡簇局部示意圖;圖6是本專利技術(shù)初始點(diǎn)為(s0,0)相軌跡圖;圖7二階滑模的控制器的狀態(tài)機(jī)圖;圖8是本專利技術(shù)控制方法的二階滑模趨近過(guò)程示意圖。具體實(shí)施方式下面詳細(xì)描述本專利技術(shù)的實(shí)施例,所述實(shí)施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的,僅用于解釋本專利技術(shù),而不能理解為對(duì)本專利技術(shù)的限制。在本專利技術(shù)的描述中,需要理解的是,術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本專利技術(shù)和簡(jiǎn)化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不能理解為對(duì)本專利技術(shù)的限制。在本專利技術(shù)的描述中,除非另有規(guī)定和限定,需要說(shuō)明的是,術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解,例如,可以是機(jī)械連接或電連接,也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通,可以是直接相連,也可以通過(guò)中間媒介間接相連,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。本專利技術(shù)針對(duì)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)提出了實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的二階滑??刂品椒?。通過(guò)替換原邊為直流源和簡(jiǎn)化副邊整流電路的方法,建立了針對(duì)原邊串聯(lián)-副邊串聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的二階直流等效模型。并設(shè)計(jì)了一個(gè)通過(guò)控制原邊開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)輸出端電壓的二階滑??刂破?,該控制器用數(shù)字狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的??刂破鞯膮?shù)是通過(guò)簡(jiǎn)化后的直流模型推導(dǎo)出來(lái)的。該控制器對(duì)負(fù)載干擾和參數(shù)不確定性具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和魯棒性,同時(shí)在控制器的設(shè)計(jì)中不需要電流的采樣值和積分項(xiàng)。系統(tǒng)的輸出電壓能夠在負(fù)載擾動(dòng)和耦合系數(shù)變化的情況下,用很少的開(kāi)關(guān)動(dòng)作達(dá)到穩(wěn)態(tài)。其中圖1為原邊串聯(lián)-副邊并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)電路拓?fù)?。注:Vg-輸入電壓,Cp-原邊諧振電容,Lp-原邊諧振電感,Rp-原邊諧振電感、電容等效電阻值,Cs-副邊諧振電容,Ls-副邊諧振電感,Rs-副邊諧振電感、電容等效電阻值,Lout-濾波電感,Cout-濾波電容,Re-虛線內(nèi)元件等效電阻,M為原邊電感與副邊電感之間的互感。在M左側(cè)為諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的原邊,在M右側(cè)為諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的副邊,其中諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)包含相當(dāng)數(shù)量的非線性開(kāi)關(guān),并且存在較多的儲(chǔ)能元件,實(shí)際系統(tǒng)呈現(xiàn)出復(fù)雜高階開(kāi)關(guān)非線性行為,所本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
    基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法

    【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
    一種基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑??刂品椒?,其特征在于,包括如下步驟:S1,將諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的副邊電路等效到原邊電路,根據(jù)等效的原邊電路求解原邊諧振電流;S2,將副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等效為受原邊電流控制的電壓源,同時(shí)經(jīng)過(guò)傅里葉變換將副邊整流電路等效為一個(gè)匝數(shù)比為

    【技術(shù)特征摘要】
    1.一種基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑??刂品椒ǎ涮卣髟谟?,包括如下步驟:S1,將諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的副邊電路等效到原邊電路,根據(jù)等效的原邊電路求解原邊諧振電流;S2,將副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等效為受原邊電流控制的電壓源,同時(shí)經(jīng)過(guò)傅里葉變換將副邊整流電路等效為一個(gè)匝數(shù)比為的變壓器;S3,得到該諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的直流等效電路,根據(jù)該直流等效電路的差分方程,設(shè)定參考電壓vref,將輸出電壓V和參考電壓vref的差值定義為滑模變量的誤差信號(hào)值s;S4,設(shè)置動(dòng)態(tài)參數(shù)值β,s的初始狀態(tài)為負(fù)時(shí),狀態(tài)的切換條件為s≥βsm;s的初始狀態(tài)為正時(shí),狀態(tài)的切換條件為s≤βsM,控制器結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)能量注入狀態(tài)和兩個(gè)能量自諧振狀態(tài)和一個(gè)初始狀態(tài)組成;S5,檢測(cè)原邊諧振電流的過(guò)零點(diǎn),保證電路工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài);S6,根據(jù)動(dòng)態(tài)參數(shù)值的實(shí)時(shí)更新,相軌跡在能量注入階段的軌跡和能量自諧振階段的軌跡相互切換,最終到達(dá)滑模面2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法,其特征在于,所述S1包括:其中,ω0-電路的自然頻率,ω-諧振電路的工作頻率,τ-諧振電路的時(shí)間常數(shù),Q-電路的品質(zhì)因數(shù),Vp為原邊電壓,t為時(shí)間常數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法,其特征在于,所述S3包括:直流等效后的電路參數(shù)表達(dá)式為:直流電壓為直流電感:Lequ=Ls,直流電容:Cequ=Cs,直流電阻:其中得到等效電路的差分方程表達(dá)式4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于SP型ICPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件的滑模控制方法,其特征在于,所述S3還包括:基于差分方程表達(dá)式,定義s=vo-vref,vref為設(shè)置的參考電壓,S的一階二階求導(dǎo)方程表示為

    【專利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:
    凌睿王理智,胡睿王峰,張騰劉金平,劉輝,楊常浩,
    申請(qǐng)(專利權(quán))人:重慶大學(xué),
    類型:發(fā)明
    國(guó)別省市:重慶,50

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