[發明專利]感應耦合式無線能量傳輸系統及其自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 201610058447.3
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105720701B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 冬雷;鞠興龍;王亞楠
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種感應耦合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，包括整流單元(2)、發射端逆變單元(3)、發射端諧振單元(4)、電流檢測單元(9)、自抗擾控制單元(11)、接收端諧振單元(15)；

自抗擾控制單元(11)包括擴張狀態觀測器(12)、擾動補償單元(13)、反饋控制單元(14)，裝置發射端諧振電流i_track(8)經過電流檢測單元(9)轉化為相應檢測電壓信號V_track(10)輸入給自抗擾控制單元(11)，自抗擾控制單元(11)采用自抗擾控制算法控制發射端逆變單元(3)；

交流電源(1)與整流單元(2)相連接，整流單元(2)輸出穩定直流電壓并于發射端逆變單元(3)連接，發射端逆變單元(3)與發射端諧振單元(4)連接并提供能量輸入，發射端諧振單元(4)通過發射線圈L_T(5)與接收線圈L_r(16)的耦合諧振向接收端諧振單元(15)傳輸能量，接收端諧振單元(15)接收能量并向負載阻抗R_L(18)供電；

所述自抗擾控制的實現步驟如下：

步驟A：電流檢測單元(9)對發射端諧振單元(4)中的諧振電流i_track(8)進行檢測，得到的相應檢測電壓信號V_track(10)輸入給自抗擾控制單元(11)中的擴張狀態觀測器(12)；

步驟B：將接收端諧振單元(15)接收端線圈L_r(16)在發射端線圈L_T(5)上形成的反射感應電壓V₂(23)視為一個需要抑制的擾動進而簡化裝置模型，然后利用廣義狀態平均法對所述感應耦合式無線能量傳輸裝置建立廣義狀態平均模型，得到的廣義狀態平均模型狀態方程如公式(1)所示，對應諧振電流有效值的小信號表達式如公式(2)所示，其中，表示簡化模型中高頻逆變單元的交流輸出電壓源V₁，經過小信號分解即得到的交流輸出電壓的小信號分量，V_1,ss即為交流輸出電壓的穩態分量，和分別表示V_2re和V_2im同樣經過小信號分解得到的小信號分量，而V_2re和V_2im為接收諧振單元在發射端產生感應電壓矢量的實部和虛部，即θ為發射端交流輸出電壓與發射線圈上感應電壓的相位差，L、C分別為發射線圈電感與其補償電容，R為交流輸出電壓源與諧振網絡中電阻成分的總和，ω為諧振頻率，是廣義狀態平均模型中的廣義狀態變量，分別為發射線圈L上電流實部和虛部的小信號分量，分別為發射補償電容C上電壓實部和虛部的小信號分量，表示諧振電流有效值的小信號分量，x_1,ss、x_2,ss分別表示廣義狀態變量x₁＝i_L1re(t)、x₂＝i_L1im(t)經過小信號分解得到的穩態分量，即

步驟C：擴張狀態觀測器(12)根據公式(2)表示的諧振電流有效值小信號模型，令并將公式(1)帶入公式(2)，得到對諧振電流有效值控制方程如公式(3)所示：

其中表示除與控制輸入量V₁有關項以外的部分，擴張狀態觀測器(12)將其視為擾動，

擴張狀態觀測器(12)再對諧振電流有效值控制參數即公式(3)建立二階擴張狀態觀測器(12)，以便獲得接收端負載變化量，如公式(4)所示：

其中表示諧振電流有效值的小信號分量，z₁、z₂為自抗擾控制中對原裝置的廣義狀態平均模型中的狀態變量的擴張狀態變量，β₁、β₂為可調參數，

步驟D：本發明中的擾動補償單元(13)利用公式(4)和拉普拉斯變換，得到公式(4)對應的傳遞函數形式如公式(5)所示：

將擴張狀態觀測器(12)觀測計算出接收端的擾動估計值z₂(s)作為補償量帶入到本發明控制器的傳遞函數中如公式(6)所示：

其中u(s)表示輸入控制量即發射端逆變單元(3)交流輸出電壓V₁(s)；

步驟E：反饋控制單元(14)根據系統反饋值為z₁(s)，采用比例調節K作為誤差反饋控制，反饋控制單元(14)將控制信號輸入給發射端逆變單元(3)，并控制其內部開關器件動作調節輸出交流電壓V₁(19)，進而消除接收端諧振單元(15)擾動對諧振電流i_track(8)的影響，保持諧振電流i_track(8)的穩定。