基于仿人智能控制的WPT系统最优效率点跟踪方法及其实现

摘要

为解决电气接触部件间容易产生火花、积碳、磨损及接触不良等问题，无线电能传输技术（Wireless Power Transfer，简称WPT）应运而生。由于能量发射线圈与能量拾取线圈之间存在着空气间隙，WPT系统属于能量传输效率相对较低的松耦合传能系统。因此，关于如何提升系统能量传输效率是WPT系统中重要的研究课题之一。目前国内外相关专家学者主要从频率、系统参数、磁芯结构、线圈形状等方面着手研究，而关于系统是否工作于最优效率点的研究相对甚少。
　　为使系统工作在最优效率点，本文提出了一种基于仿人智能控制的WPT系统最优效率点跟踪方法。在维持输出电压一定的前提下，该方法旨在通过变步长自寻优的方式寻找系统输入功率最小点，从而实现系统对最优效率点的跟踪。
　　本文的主要研究内容如下：
　　①量化分析WPT系统中各个关键环节的能量损耗；分析了不同参数对系统总体效率的影响。
　　②对谐振补偿拓扑为SS型的WPT系统进行建模分析；阐述了原边输入控制和副边输出控制的基本工作原理；在输出电压恒定的前提下，给出了原边高频逆变电路中开关管的移相角、副边Buck-Boost电路中开关管占空比以及系统能量传输效率三者之间的关系；上述理论分析验证了基于自寻优过程的最优效率点跟踪方法的可行性，并给出了能够实现该方法的关键因素。
　　③提出了一种基于仿人智能控制的原边移相控制策略，并基于仿人智能控制算法对控制器进行设计，以实现通过变步长方式寻获系统输入功率最小点、系统工作于最优效率点的目的。
　　④基于Matlab/Simulink仿真平台，建立相关仿真模型，仿真结果表明系统效率提升11％，验证了本文给出的控制策略的有效性。
　　⑤搭建相应实验平台进行实验验证，系统无移相控制作用的效率是65.5%，加入移相控制后的效率为77.9%。实验结果表明系统效率有明显改善，验证了所给控制方法对于系统最优效率点跟踪的可行性。

目录

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目录

1 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 WPT系统效率分析

1.3 WPT系统传输效率国内外研究现状

1.4 课题研究目的及意义

1.5 论文结构及主要研究内容

1.6 本章小结

2 WPT系统损耗分析

2.1 引言

2.2 原边电能变换环节损耗分析

2.3 谐振耦合环节损耗分析

2.4 副边电能变换环节损耗分析

2.5 系统总体效率

2.6 本章小结

3 WPT系统最优效率点跟踪方法

3.1 引言

3.2 最优效率点跟踪原理分析

3.3 最优效率点跟踪方法

3.4 原边输入功率控制

3.5 副边输出稳压控制

3.6 仿真分析

3.7 本章小结

4 基于仿人智能控制的最优效率点跟踪实现

4.1 引言

4.2 仿人智能控制策略基本概念

4.3 基于仿人智能控制自寻优过程的输入调节

4.4 仿人智能控制器设计

4.5 仿真模型建立与结果分析

4.6 本章小结

5 实验验证

5.1 实验平台搭建

5.2 实验结果分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献