非接触电能传输系统的参数辨识与控制仿真研究

摘要

非接触式感应耦合电能传输(Inductively Coupled Power Transfer，ICPT)技术，是一种新型的电能传输技术，它通过高频磁场搭建供电设备与用电设备之间的能量传输通道，实现了非接触方式传输能量，以其高可靠性、高安全性、低维护性等优点得到了迅速的发展。
　　由于LCL复合谐振型ICPT系统比传统的单级LC谐振型ICPT系统有更大的谐振容量，在传输同等大功率等级下，这种系统的开关管承受的电压、电流应力更小。因此，本文以 LCL复合谐振型 ICPT系统为研究对象。
　　本文首先对LCL复合谐振型 ICPT系统结构与模型进行了分析，介绍了系统工作原理，分析了LCL复合谐振网络的恒流特性和滤波特性以及系统的电压增益及传输功率特性等，建立了系统状态空间模型，并用仿真软件进行了验证。
　　然后对LCL复合谐振型 ICPT系统进行参数辨识。将 ICPT系统参数辨识问题转化为一个最优化问题，针对粒子群算法的不足，引入混沌理论来改进粒子群算法并对其进行求解分析。混沌粒子群算法既保留了粒子群优化算法中粒子初始化时所拥有的随机性特点，同时又利用混沌运动特有的遍历性，并在 MATLAB仿真软件中辨识出系统参数。
　　在系统运行过程中，原、副边线圈距离和副边负载变化会引起系统输出电压的不稳定，从而会影响供电品质及系统工作的稳定性。同时LCL型ICPT系统具有高阶非线性和不确定性，因此很有必要研究一种鲁棒性较强的控制策略来保证系统运行稳定。针对非接触电能传输系统原、副边线圈距离和副边负载变化、功率分级输出时输出控制问题，设计了基于自调整模糊控制的输出电压控制策略，并通过仿真实验来验证该控制方法的合理性。
　　最后，针对实际工程中非接触感应充电平台领域的应用方面，对多负载移动型 ICPT系统原边恒流控制策略进行研究。针对多负载系统中单个副边负载切入切出直接影响原边导轨电流的控制问题，采用基于模糊 PID控制器的原边主动控制策略，保持原边导轨电流恒定，就可以保持每个副边线圈的感应电压不变，这样就可以使得每个副边负载能够独立稳定运行且互不影响，并通过仿真实验来验证该控制方法的可行性。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 ICPT系统的基本原理

1.3 ICPT技术的研究现状

1.4 本课题研究目的、意义及主要内容

第2章 ICPT系统结构与模型分析

2.1 引言

2.2 高频逆变电路拓扑

2.3 电磁耦合机构

2.4 LCL复合谐振型ICPT系统特性分析

2.5 LCL型ICPT系统模型分析

2.6 本章小结

第3章 基于混沌粒子群算法的ICPT系统参数辨识

3.1 引言

3.2 ICPT系统的参数辨识原理

3.3混沌粒子群优化算法(CPSO)

3.4 基于CPSO算法来实现ICPT系统参数辨识

3.5 仿真研究

3.6 本章小结

第4章 基于模糊控制的ICPT系统输出电压控制策略

4.1 引言

4.2 ICPT系统输出电压控制原理

4.3 自调整模糊控制器的设计

4.4 基于自调整模糊控制算法的输出电压控制实现

4.5 仿真研究

4.6 本章小结

第5章 多负载移动型ICPT系统恒流控制

5.1 引言

5.2 多负载移动型ICPT系统模型分析

5.3 多负载移动型ICPT系统恒流控制实现

5.4 仿真研究

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录