无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法。首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率。其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出。该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰。此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值。最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性。与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势。

无线电能传输系统恒流输出控制方法研究

此处提出了一种发射端控制的无线电能传输(WPT)系统输出恒流调节方法。该方法无需在接收端增加传感器和无线通信装置,即可实现对系统输出电流的调节,因此,能够减小接收端体积和重量。首先,建立WPT系统等效电路模型,考虑整流电路等效输入阻抗的电阻和电感分量,推导得到发射端电压/电流与负载电流之间的量化关系;然后,采集发射端并联电容电压有效值和输入直流电流值,并通过逆变器移相控制,实现系统恒流输出;最后,搭建WPT实验台架,实验结果表明:在变负载工况下,恒流控制精度在3%以内,动态调节时间小于200ms,从而实现了负载电流快速、精准的调节。

基于改进人工蜂群算法的无线电能传输系统输出控制

磁耦合谐振式无线电能传输系统中,当耦合系数较大时系统将发生频率分裂现象导致输出功率降低。采用软件调频的输出控制可以稳定输出性能。然而输出功率是一个极值个数和半径都可变的多峰函数,因此需要改进标准人工蜂群算法以搜索所有极值。首先通过系统模型的分析,说明频率分裂现象的影响和多峰搜索的必要性,提出一种原边控制方法,得到输出性能的函数。然后提出3种策略对标准人工蜂群算法进行改进,包括采用正交生成法改进了食物源的分布;采用比较父代与子代之间的欧式距离选择食物源,避免漏峰;通过对适应度排序确定个体增量动态地缩小小生境的范围。最后搭建了一个两线圈无线电能传输系统,通过计算和实验证明,改进的人工蜂群算法收敛速度快、优化精度高,在保证传输效率的前提下,能够提高并稳定系统在过耦合状态时的输出功率。

虚拟多输入多输出无线电能与信息同步传输技术

在无线通信系统中,多输入多输出(MIMO)天线技术可有效提高信号传输速率和信道利用率。传统的能量调制式无线电能与信息同步传输(SWPIT)技术主要依赖单输入单输出线圈实现系统的供电和通信,难以实现多路并行通信。该文针对需要多信号接收器的无线供电场景,提出一种虚拟MIMO-SWPIT技术以满足多端通信的需求。所提系统可在两种状态下工作:当仅需无线供电时,系统工作在谐振状态进行高效电能传输;当需要通信时,通过控制逆变器开关信号的相移角和频率,在发射线圈中构造非标准正弦多载波(即虚拟多输入),以其中的基波和谐波分量作为通信载波传输信息。系统接收回路对基波和谐波所携带的信息进行解调(即虚拟多输出),同时谐波分量可用于负载供电。搭建的实验样机实现了稳定的电能与双通道信息并行同步传输,通信时电压波动低于3%,每路通道信息传输速率为4.0 kbit/s,验证了所提方案的可行性。

双向无线电能传输系统在V2G中的控制策略研究

为弥补电动汽车与电网间能量单向流动不足,提高电动汽车充放电的灵活性与新能源发电的就地消纳能力,提出1种含电动汽车双向无线电能传输的直流微网拓扑结构,研究了将车载电池作为移动储能设备的控制方法。以风光互补发电系统与混合储能为基础,针对双向无线电能传输系统提出基于功率的控制方法,可保证电动汽车作为负荷吸收电能,又可当作储能单位发出电能。为保证系统稳定运行,进一步设计了微网上层中心控制器。Simulink仿真结果表明:电动汽车与电网的能量交互提高了电网运行稳定性,双向无线电能传输可提升电动汽车充放电效果,在一定程度上促进了新能源发电的就地消纳,验证了所提拓扑的有效性与控制策略的优越性。

磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究

为解决磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT)系统因频率失谐而使得传输效率降低的问题,提出一种无模型自适应频率跟踪方法。该方法以发射端电流和电压间的相位差值为控制器输入,以控制器输出来调控发射端的交流电源频率;控制器设计不依赖于系统的精确数学模型,而且可通过伪雅可比矩阵的自适应估计律来提高应对发射端频率失谐的控制自适应性。MCRWPT系统的控制仿真结果表明,相比传统的PI控制,该方法不仅在较长的无线传输距离情况下能实现维持系统发射端的谐振工作状态,而且具有更好的谐振频率跟踪性能,对保持较高的系统无线电能传输效率具有明显优势。

基于滑模控制的轨道式无线电能传输系统设计

为解决轨道式无线电能传输(WPT)系统动态稳定性较差且效率不高的问题,借助Maxwell仿真软件,分别搭建传统E型和C型铁氧体绕制的接收线圈模型,对比分析发现后者传输效率比前者高5%。通过对基于LCC-S的高阶补偿电路建模分析,利用Matlab绘图找出系统传输效率最优参数。为解决接收端在移动时耦合系数变化造成电压不稳定的问题,提出一种无抖动滑模控制算法,并在Matlab/Simulink分别搭建基于PI控制和滑模控制模型,仿真分析得出滑模控制在耦合系数变化较大时稳压效果优于PI控制,最后搭建WPT系统样机并进行实验。结果表明:当接发线圈相对距离在一定范围内变化时,电压能维持在预设值,并且传输效率不低于81%,进一步验证了本文算法的有效性及可行性。

磁耦合谐振无线电能传输系统的输出鲁棒控制

磁耦合谐振无线电能传输系统的负载和谐振参数会因为受到外界环境的影响而发生变化,系统工作频率发生随机漂移,导致模型参数存在不确定性.针对参数不确定下的输出鲁棒控制问题,本文基于H∞控制理论,应用Matlab鲁棒控制工具箱设计H∞控制器,并基于结构奇异值法分析了闭环系统的鲁棒稳定性与鲁棒性能.结果表明,在H∞控制器的作用下,实现了闭环摄动系统的输出鲁棒控制,并为此类高阶非线性不确定闭环系统提供了一种通用的控制器设计方法.

磁耦合谐振无线电能传输系统的输出鲁棒控制

磁耦合谐振无线电能传输系统的负载和谐振参数会因为受到外界环境的影响而发生变化,系统工作频率发生随机漂移,导致模型参数存在不确定性。针对参数不确定下的输出鲁棒控制问题,基于H∞控制理论,应用matlab鲁棒控制工具箱设计H∞控制器,并利用结构奇异值法分析了闭环系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。结果表明,在H∞控制器的作用下,实现了闭环摄动系统的输出鲁棒控制。并为这种高阶非线性不确定闭环摄动系统提供一种通用的控制器设计方法。

过耦合无线电能传输系统的最大功率输出控制

提出一种跟踪分叉频率并同时匹配次级阻抗的控制方法,实现了非对称系统在过耦合时的最大功率输出。利用Matlab分析了频率分叉和频率分裂现象的特点和异同;推导了临界耦合系数表达式,给出了在过耦合状态下的高低分叉频率的具体关系式和具体的控制策略。仿真和实验表明,所提出的方法能够有效实现非对称系统的最大功率输出。

基于模糊逻辑的无线电能传输输出端稳压控制

为了在无线电能传输系统中获得恒定的输出电压,提出了一种基于模糊逻辑的电容阵列恒压控制方法。通过数学分析与理论推导建立了输出电压与等效电容值的关系式,以输出电压为控制对象,通过控制电容阵列的等效电容实现系统输出电压的恒定。在MATLAB/Simulink中建立了基于模糊逻辑的输出电压控制仿真模型,仿真结果证明了该控制方法的正确性。

双向无线电能传输系统恒输出控制分析

双向无线电能传输系统需要精确的控制策略来同步和调节两侧的功率流。为弥补现有控制策略的不足,提出了一种新型的控制器,该控制器位于双向无线电能传输系统的接收侧,使用在接收侧测得的有功功率和无功功率来进行功率流的调节,通过控制接收侧转换器的开关频率使得双向无线电能传输系统能够在预期的功率下稳定运行,保持无功功率为0。当系统参数发生变化引起系统失谐时,该控制器也能够调节系统在预先设定的功率下以0无功功率稳定运行。仿真实验验证了该控制器的可行性。

基于谐波通讯的无线电能与反向信号同步传输技术

针对现有无线电能与反向信号同步传输(simultaneous wireless power and reverse signal transmission,SWPRST)系统存在较大无功功率、负载电压易受信号传输发生波动或需要额外增加高频信号源等问题,提出一种基于谐波通讯的SWPRST技术,通过利用逆变器输出方波电压中的基波分量传输电能,三次谐波分量传输信号。不需要外加高频信号发射电路,实现了可靠的电能与反向信号同步传输。首先,给出基于谐波通讯的SWPRST系统结构,对其工作模式和基本原理进行分析;接着,建立系统等效数学模型,分析系统参数取值对信号与电能传输之间的互扰影响;然后,对信号的调制解调电路进行设计,分析信号检测通道参数对信号传输速率的影响;最后,搭建实验平台对理论分析进行验证,实验结果表明,该方法在有效实现了无线电能与反向信号同步传输的同时,信号无误码率传输速率可达5 kbps,同时系统具有无功小,输出负载电压几乎无波动(电压波动率0.33%)等优点。该方法采用谐波作为信号载体,为多频利用式实现电能与反向信号同步传输系统提供一种新的思路,具有较好的理论意义与实际工程应用价值。

无线电能传输恒压拓扑及恒压输出控制方法

针对无线电能传输系统在负载和距离动态变化时,引起原边线圈电流不稳定和失谐问题,由此导致副边输出电压不恒定,设计一种原边LCL拓扑与副边恒压控制相结合的无线电能传输系统。首先,依据阻抗分析得到LCL-S型无线电能传输系统的数学模型;然后,通过设计参数,建立Simulink仿真模型,对该拓扑进行负载特性和频率特性分析;最后依据拓扑特性,设计了以DC-DC变换器为主控环节的副边恒压控制,使系统可以在变距离和变负载条件下,实现恒压输出特性。设计了副边的闭环控制程序,仿真验证了恒压控制效果。结果表明该控制策略可以实现快速有效的恒压控制。

基于耦合谐振及新型空间全向耦合机构的无线电能传输系统

针对传统无线电能传输系统中发射机构和接收机构相对位置发生偏移时,传输功率和效率急剧下降的问题,提出了一种基于耦合谐振及新型空间全向耦合机构的无线电能传输系统。首先通过有限元仿真分析发射机构的磁场分布特性,设计了适应其磁场分布的接收机构;然后基于串串谐振补偿结构建立系统数学模型,分析系统传输特性;在此基础上提出了最优输出方式选择方法和传输特性优化方法。最后,通过试验验证了所提系统多自由度传输能量的可行性和有效性。试验结果表明,接收机构在多角度情况下的输出功率维持在35 W以上,传输效率稳定在60%~75%。

基于跳频控制策略的串联-串联谐振无线电能传输系统的参数优化设计方法

无线电能传输是一种方便、安全的电能传输方式。以实现蓄电池快速无线充电的串联-串联(SS)型谐振无线电能传输系统为研究对象,设计蓄电池三段式充电曲线,提出一种与之相对应的分段跳频控制策略。根据蓄电池充电曲线特征、SS谐振网络的恒压恒流特性和分段跳频控制策略,提出一种适用于蓄电池全范围充电的谐振网络参数优化设计的方法,为无线电能传输系统参数的优化设计提供了理论依据。搭建SS谐振无线电能传输装置,验证了参数选择的合理性和控制策略的有效性。在一次、二次侧之间距离12.5cm下,该装置实现了蓄电池的全范围三段式充电,并且整机效率最优达到93.5%。

基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制

磁耦合谐振式无线电能传输是无线电能传输领域的研究热点,保持系统工作在谐振频率是磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术之一。为了解决磁耦合谐振式无线电能传输系统在工作过程中的谐振失谐问题,本文从理论上分析系统的失谐机理,提出基于自适应PI控制的可变模全数字锁相环的频率跟踪控制方法;建立基于PI控制的全数字锁相环的数学模型,分析PI控制参数对系统性能的影响;设计出一种对全数字锁相环的PI控制参数进行自适应调节且兼顾跟踪控制的速度和精度的自适应控制器;利用FPGA实现所提出的全数字锁相环;仿真结果表明,该全数字锁相环能够较好地实现相位和频率的跟踪功能;最后,在实验样机上进行验证,结果表明该方法可以在谐振频率变化时完成对频率的快速跟踪,使系统工作在谐振状态。

模糊PI控制在磁耦合谐振无线电能传输系统中的应用

为了提高磁耦合谐振无线电能传输系统的传输效率,综合考虑线圈的谐振频率和耦合系数,应用电路理论分析谐振状态对系统传输效率和传输功率的影响,进而提出了模糊PI自适应跟踪算法。通过跟踪检测逆变电路电流和电压信号,输入到模糊PI控制器对逆变电路的驱动频率进行调节,保证逆变电路电流电压同相位。仿真实验结果表明:基于模糊PI跟踪算法的无线电能传输系统能够对参数变化进行快速跟踪和调节,使系统工作在谐振状态,该跟踪算法相比传统的PI跟踪算法有更好的动静态性能。

基于谐波移相闭环控制的无线电能传输技术

基于谐波的移相控制利用谐波进行功率传递,是无线电能传输中一种新型功率控制方法,可以克服传统移相控制在轻载工况下效率低的问题。该文建立考虑谐波的感应耦合无线电能传输(ICPT)系统数学模型,分析不同开关频率和移相角下的输出功率变化特性,研究考虑逆变器死区影响下的谐波切换方法,最后提出了一种采用电流平均值进行谐波电流检测的方法,研究并实现了基于谐波移相控制的一次电流闭环控制策略。仿真和实验均验证了基于谐波移相闭环控制的有效性,既能有效提高轻载下无线电能传输的效率,又具有较好的控制特性。

基于LCL-S型两接收端无线电能传输系统传输特性研究

随着WPT应用的发展,多接收WPT系统因一个发射端可以为多个接收端同时供电,近年来受到广泛关注。对LCL-S型两接收端WPT系统的功率分配进行研究,并对LCL-S谐振补偿电路的两接收端WPT系统的传输特性进行分析,提出一种双PI功率控制,实现了发射电源恒功率控制。同时,通过移相控制调节各接收端的输出功率来实现按预设比例进行功率分配。仿真实验验证了所提出的方法实现恒功率输出和按预设比例分配接收端电能的可行性和有效性。