移动双拾取ICPT系统优化与控制研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanghuayejuan
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随着电气时代的进步,无线电能传输技术因为其具备的安全性、可靠性以及灵活性的优点越来越受到科研人员的重视,感应耦合电能传输(Inductively Coupled Power Transmission,ICPT)作为无线电能传输技术的主要传输方式,有传输效率高,输出功率大,传输稳定等优点。ICPT技术应用在交通领域时,为了解决大功率传输的需求以及考虑到电路中半导体器件的功率容量、价格等因素的影响,可以通过采用双拾取线圈并联为负载提供能量的方式来提高系统的输出功率。移动状态下双拾取ICPT系统因为应用场景的特殊,它的磁通量泄露比静止状态下双拾取ICPT更大,导致系统的输出功率、传输效率降低,此外,在移动过程中因为耦合系数以及负载参数的变化会导致系统输出电压不稳定。因此,参数优化以及稳压控制对移动双拾取ICPT系统应用在大功率领域有着重要的理论意义以及现实意义。本文主要对移动双拾取ICPT系统的参数优化以及稳压控制两个方面进行研究。首先对ICPT系统的四种基本补偿网络以及LCL补偿网络进行特性分析以及对比,得出LCL补偿网络更适合负载变化的移动场景的结论。在对移动双拾取ICPT系统的传输特性进行分析和仿真验证的基础上设计了基于LCL补偿网络的移动双拾取ICPT系统。参数优化方面,首先建立基于LCL补偿网络的移动双拾取ICPT系统的非线性规划数学模型,得到目标函数,然后使用多目标粒子群算法(Multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)对系统的输出功率以及传输效率进行优化,并在PSpice软件中搭建仿真模型,将优化后的参数与对比参数进行仿真对比。稳压控制方面,因为移动双拾取ICPT系统具有输出电压变化幅度大,移动过程中信号易被干扰的特点,采用在副边添加Buck-boost电路的方法对输出电压进行稳压控制。在建立Buck-boost电路小信号模型的基础上,设计比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制器以及模糊PID控制器,并在Matlab仿真平台中将PID控制的移动双拾取ICPT系统与模糊PID控制的移动双拾取ICPT系统的稳压效果进行对比。通过将优化后的参数以及对比参数在PSpice软件中进行仿真对比,发现优化参数后的移动双拾取ICPT系统能够在更高效率传输的同时传输更大的功率,验证了参数优化的有效性。通过在Matlab软件中对比两种控制方法得到的稳压控制的结果,发现使用模糊PID控制的系统的响应速度更快并且超调量更小,验证了基于模糊PID控制器稳压控制的有效性。
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