电动汽车双拾取动态无线充电系统模糊-PID复合控制策略

摘要

随着人们环保意识的增强和新能源产业的发展，电动汽车已成为全球汽车领域的新热点之一，越来越多的国家和企业开始大力发展电动汽车。与此同时，无线电能传输技术(Wireless Power Transfer, WPT)也因其安全、可靠、高效等优点而日益受到重视。将无线电能传输技术应用于电动汽车领域，也自然成为科研领域的一个火热的新方向。　　电动汽车的无线充电技术又可以分为两种：静态无线充电技术和动态无线充电技术。静态无线充电技术可以解决有线充电桩的安全问题，但其对制约电动汽车发展的续航问题却无能为力，而动态无线充电技术则可以通过在线供电的方式，给行驶中的汽车提供电能，大大提高了电动汽车的出行距离。但是动态无线充电系统由于需求功率高，行驶过程中互感不停变化，导致单个拾取线圈的系统输出波动范围较大，输出不稳定。　　为了解决这一问题，本文设计了一种双拾取动态无线充电系统，然后根据系统的输出需求和输入变化情况，采用模糊-PID 复合算法设计了一种能快速响应系统变化、维持输出稳定的控制策略。本文首先针对大功率动态无线充电系统的需求，选择了合适的副边连接方式，接着分析了 LCC 型WPT系统的恒流特性，它可以保证拾取机构输出功率仅受互感变化影响。然后分析了拾取机构直流环节采用Boost电路并联时的电路特性，明确了系统的控制目标。本文接着研究了耦合机构动态过程中的互感变化情况，以及电池负载的充电特性，设计不同阶段的控制策略，在恒流阶段根据两个拾取线圈与发射线圈的互感分别调整占空比来进行电流分配，在恒压阶段两路调压电路采用同一占空比，各支路根据互感自动分配输出电流。为了满足动态WPT系统的快速性需求，选择模糊-PID算法来进行实现控制策略。搭建合适的控制器，在互感变化较大时，输出电流与参考电流的偏差值较大，为了使系统快速到达工作点附近，采用模糊控制器来进行控制，在模糊控制器调整到误差较小时，为了使系统到达稳态工作点，采用PID控制器进行控制。　　最后本文在Matlab/Simulink中搭建了一套40kW的LCC型双拾取无线充电系统仿真模型，以20km/h的车速模拟互感变化情况，改变耦合机构互感值，通过检测负载的电压电流，验证了系统分别在预充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段控制的有效性。并搭建了一套双发射双拾取的实验装置，移动拾取线圈，通过检测负载电压电流，验证了实际情况下控制方案的有效性。

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 电动汽车WPT系统介绍

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 研究的目的及意义

1.5 论文主要结构

1.6 本章小结

2 双拾取动态WPT系统分析

2.1 引言

2.2 双边LCC型补偿网络分析

2.3 双拾取机构连接方式分析

2.3.1 串联连接

2.3.2 并联连接

2.4 双边LCC型双拾取并联结构分析

2.5 本章小结

3 双边LCC型双拾取系统的控制策略

3.1 引言

3.2 电池负载分析

3.3 互感动态变化分析

3.4.1 恒流阶段控制

3.4.2 恒压阶段控制

3.5 本章小结

4 双拾取动态WPT系统控制算法以及软件实现

4.1 引言

4.2.1 PID控制算法

4.2.2 模糊控制

4.2.3 模糊-PID复合控制器

4.3 系统软件设计

4.4 本章小结

5 仿真与实验验证

5.1 引言

5.2.1 仿真平台搭建

5.2.2 仿真结果分析

5.3.1 仿真平台搭建

5.3.2 仿真结果分析

5.4.1 实验平台搭建

5.4.2 实验结果分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续研究工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及专利

B.作者在攻读博士学位期间参加的科研项目及得奖情况

C. 学位论文数据集

致谢