[發明專利]基于GSSA模型降階分析的雙側LCC無線充電系統控制方法

有效

• 申請號: 202210870409.3
• 申請日: 2022-07-23
• 公開（公告）號: CN115313546B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 莫宇鴻;趙仕軍;唐春森;肖靜;韓帥;王智慧;吳曉銳;龔文蘭;吳寧;陳衛東;陳紹南;郭敏;郭小璇;姚知洋;阮詩雅;李小飛;左志平
• 申請（專利權）人: 廣西電網有限責任公司電力科學研究院;重慶大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/12;H02M7/5387;B60L53/12
• 代理公司: 重慶敏創專利代理事務所(普通合伙) 50253
• 代理人: 黃梅

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，具體公開了一種基于GSSA模型降階分析的雙側LCC無線充電系統控制方法，首先建立了雙側LCC拓撲結構的無線電能傳輸系統的GSSA模型，并根據系統的非線性特性建立了小信號模型并基于小信號模型構建系統的小信號開環傳遞函數；然后，通過平衡降階方法，將17階系統降為3階系統，并基于降階后的小信號模型對小信號開環傳遞函數進行參數調整，得到PI控制函數，解決了系統由于高階和非線性導致控制器設計難度大的問題，設計的PI控制器，確保了6.6kw電動汽車無線充電系統輸出電壓的穩定性。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，尤其涉及基于GSSA模型降階分析的雙側LCC無線充電系統控制方法。

背景技術

無線功率傳輸(WPT)技術具有安全性和靈活性的優點，廣泛作用于電動汽車、石油鉆井、家用電子、生物醫學等各個領域。比如一個典型的電動汽車無線充電系統，主要由地面一次側和車端二次側組成。通常，在充電過程中，負載等參數會發生變化，這將影響輸出電壓的質量。因此，為了保證系統輸出的穩定性，有必要采取一定的輸出電壓穩定控制策略。

目前，人們對系統的輸出電壓穩定控制進行了一些研究。一種基于LCC-N磁集成和無補償電路的一次側線性控制策略，實現了無線功率傳輸系統的恒流(CC)/電壓(CV)充電，從而減少了額外控制器的數量。基于數據驅動建模和內模控制的輸出電壓調整方法，可以更好地估計系統的時延。基于擴展描述函數法推導了LCC-S系統的低階線性頻域模型，該模型對于控制器的設計簡單直觀。針對具有串聯補償的無線輸電系統，提出了一種離散滑模控制方法。在二次側使用buck變換器，以實現快速的最大能效跟蹤和輸出電壓調節。

然而，目前的研究還存在一些問題。基于一次側的控制方法，當互感和其他參數變化時，系統的輸出電壓無法精確控制；如果二次側由buck變換器控制，則會降低系統效率，增加控制成本；大多數建模和控制方法主要關注SS和LCC-S/N拓撲。雙向LCC拓撲的無線能量傳輸系統具有恒流特性，廣泛作用于電動汽車的無線充電。基于這種拓撲的研究主要集中在拓撲、耦合機制和抗偏移性能。有必要針對具有雙向LCC拓撲的無線能量傳輸系統，提出一種適用的建模和閉環控制方法，以確保系統輸出的穩定性，彌補行業差距。

發明內容

本發明提供一種基于GSSA模型降階分析的雙側LCC無線充電系統控制方法，解決的技術問題在于：如何確保系統輸出的穩定性。

為解決以上技術問題，本發明提供一種基于GSSA模型降階分析的雙側LCC無線充電系統控制方法，包括步驟：

S1、建立雙側LCC無線充電系統的GSSA模型；

S2、根據系統的非線性特性添加小擾動來線性化所述GSSA模型，建立對應的小信號模型；

S3、基于所述小信號模型構建系統的小信號開環傳遞函數；

S4、對所述小信號模型進行降階；

S5、基于降階后的所述小信號模型對所述小信號開環傳遞函數進行參數調整，得到PI控制函數；

S6、采集系統輸出電壓，并計算與給定響應值之間的差值，將該差值輸入所述PI控制函數，計算得到相移角的占空比d，并生成相應的PWM輸出并作用于雙側LCC無線充電系統原邊側的高頻逆變器。

進一步地，在所述步驟S3中，所述小信號開環傳遞函數建立為：

A、和C分別表示所述小信號模型中系統的狀態、控制、輸出狀態系數矩陣，I表示單位矩陣。

具體的，A、和C分別表示如下：

C＝[0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?1]，