模糊自适应控制在非接触感应电能传输系统中的应用

摘要

非接触式感应电能传输（CIPT）技术实现了以无电气连接的方式，将电能从电源端传输到负载端，具有安全、便捷、易维护、可靠性高等优点，避免了传统导体接触式电能传输带来的隐患，如机械磨损、电击、火花、噪音等。已经在便携式电子设备、交通运输、工业生产、生物医学等领域有相应应用，并成为研究热点。但是，由于CIPT系统是通过互感耦合来传输电能的，从而使其在功率传输的研究中仍然存在很多问题有待完善。针对存在的这些问题，同时为了更进一步优化CIPT系统的控制性能已经取得若干研究成果。本论文的主要成果概括如下：
　　1.在非接触感应电能传输系统运行过程中，磁机构距离和负载的变化都会直接导致系统接收端电压不稳定。由于非接触感应电能传输系统的非线性、时变性以及不确定性，没有具体的能量传输公式，建立数学模型较为困难，而传统的 PID控制对数学模型及其参数有很强的依赖性。针对这一问题，本文提出了采用模糊控制的算法来调节控制脉冲的占空比，从而达到对输出电压的有效控制。
　　2.单纯的模糊控制在系统运行的各个阶段采用相同的控制规则，导致系统经常出现超调量较大的问题。必须在系统正常运行前进行反复调试，针对不同阶段设定较为中庸的控制规则来适应系统运行可能出现的各种情况。这样做不仅繁琐，而且往往达不到满意的控制效果。引入模型参考自适应控制的相关理论，为CIPT系统建立理想模型，并且通过曲线拟合的方法得到理想模型输出电压的近似曲线，再通过模糊控制器，确保输出电压能够很好地实时跟踪理想参考模型的输出曲线，最终保证系统进入稳定状态后，其输出电压恒定在一个理想值上，并保持恒定。具有参考模型的模糊控制器能够使系统在具有高灵敏的同时，又具有高鲁棒性。根据系统运行时的参数变化速率，自动确定调节时间和调节量的大小，提高了系统的可观性和可控性。
　　3. MATLAB仿真和基于DSP的实验都证明了该方法可以有效保持系统输出电压恒定，具有反应灵敏和可靠性高的特点。最后，对论文的研究工作进行了总结，并展望了CIPT系统的进一步的研究工作。

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第一章 绪论

1.1课题概述

1.2感应电能传输的国内外研究现状

1.3模糊自适应控制的国内外研究现状

1.4论文的主要工作及创新点

第二章 系统恒压控制总体方案及参数计算

2.1感应电能传输系统

2.2具有参考模型的模糊自适应控制系统

2.3本章小结

第三章 硬件电路设计

3.1主控芯片及控制电路

3.2传感器及采样电路

3.3原边驱动电路

3.4本章小结

第四章 控制算法

4.1流程图

4.2模糊控制算法

4.3模糊规则

4.4本章小结

第五章 软件设计

5.1 DSP程序实现基本流程

5.2部分程序代码

5.3本章小结

第六章 仿真分析

6.1系统电路

6.2参考/实际模型(Reference/Real Model)

6.3系统参数设置

6.4仿真过程

6.5仿真结果分析

6.6本章小结

第七章 实验分析

7.1实验平台

7.2实验结果

7.3本章小结

第八章 工作总结与展望

8.1论文工作总结

8.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表、录用或投稿的论文

致谢

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