基于自适应输出调节的动态无线充电系统的稳压控制方法

本发明涉及电动汽车动态无线充电系统的控制，特别涉及一种基于自适应输出调节的电动汽车动态无线充电系统的稳压控制方法。

背景技术：

1、随着能源消耗的急速增长和环境问题的不断恶化，新能源汽车蓬勃发展，与此同时，也推动了无线充电技术的诞生。静态无线充电技术与有线充电一样，存在着充电频繁、续航里程短、充电难等问题。在这样的背景下，电动汽车动态无线充电技术应运而生，可以实现在电动汽车行驶过程中充电，允许电动汽车搭载较小容量的电池，从而缓解续航里程短的难题。然而，电动汽车的运动使得发射线圈和接收线圈之间的相对位置不断变化，这对于电动汽车动态无线充电系统的控制性能提出了更高要求。电动汽车动态无线充电系统的能量接收端buck型dc-dc变换器的稳压控制示意图如图1所示。如何在模型参数不确定的情况下，克服电动汽车移动过程中的大范围电压扰动，实现稳压控制成为了电动汽车动态无线充电系统急需攻克的难题之一。

2、现有的电动汽车的动态无线充电系统的稳压控制大多没有考虑电压扰动的谐波特性，并不能根据扰动的特性设计控制器，进而从根本上抑制由于电动汽车移动引起的大范围电压扰动。另外，由于难以获得动态无线充电系统能量接收端buck型dc-dc变换器的精确参数模型以及电动汽车引起的电压扰动频率，被控对象(1)的不确定性和外系统(3)的不确定降低了控制系统的性能。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服模型参数不确定且电动汽车运动引起的大范围电压波动对于电动汽车动态无线充电系统的不利影响，提供一种基于自适应输出调节的动态无线充电系统的稳压控制方法，利用自适应输出调节理论，针对电动汽车动态无线充电系统能量接收端buck型dc-dc变换器受到的干扰和需要跟踪的参考电压，构建外系统，将电动汽车动态无线充电系统的稳压控制问题转化为输出调节问题；基于构建的外系统和dc-dc变换器的数学模型设计内模控制器，同时引入自适应控制理论，对内模参数进行估计，得到自适应内模控制器，实现电动汽车动态无线充电系统的能量接收端dc-dc变换器的稳压控制。本发明基于自适应输出调节理论，得到鲁棒自适应内模控制器，最终实现了对电动汽车动态无线充电系统能量接收端buck型dc-dc变换器的稳压控制。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、步骤1：建立电动汽车动态无线充电系统能量接收端dc-dc变换器的数学模型；

4、步骤2：根据dc-dc变换器受到的干扰和目标参考电压，构建外系统，再将外系统与dc-dc变换器的数学模型结合后，构建基于输出调节理论的被控对象模型；

5、步骤3：根据基于输出调节理论的被控对象模型，构建内模控制器；

6、步骤4：结合自适应控制理论，基于内模控制器构建自适应内模控制器，利用自适应内模控制器对电动汽车动态无线充电系统的能量接收端dc-dc变换器进行控制，从而实现充电系统的稳压控制。

7、所述步骤1中，dc-dc变换器的数学模型的公式如下：

8、

9、

10、

11、其中，lb、cb和分别为dc-dc变换器的输出电感、输出电容和输出电容等效电阻，θ、vo、vbuck、和io分别为dc-dc变换器的瞬态占空比、瞬态输出电压、瞬态输入电压和瞬态输出电流，r为负载电阻，θ和vbuck分别为dc-dc变换器的稳态占空比和稳态输入电压，和分别为dc-dc变换器的瞬态输出电容电压ucb和瞬态输出电感电流的导数。

12、所述步骤2中，基于输出调节理论的被控对象模型的公式如下：

13、

14、

15、e＝cx+qσ

16、

17、

18、其中，为外系统的状态量σ的导数，为状态变量x的导数，s为外系统的系统矩阵，a为dc-dc变换器的系统矩阵，b为dc-dc变换器的控制输入矩阵，t为矩阵转置，p为dc-dc变换器的外部信号输入矩阵，c为dc-dc变换器的输出矩阵，q为dc-dc变换器的前馈矩阵；e表示输出电压vo与目标参考电压vref之间的误差，lb、cb和分别为dc-dc变换器的输出电感、输出电容和输出电容等效电阻，θ和vbuck分别为dc-dc变换器的瞬态占空比、瞬态输入电压，r为负载电阻，θ和vbuck分别为dc-dc变换器的稳态占空比和稳态输入电压，ucb和分别为dc-dc变换器的瞬态输出电容电压和瞬态输出电感电流。

19、所述步骤3中，内模控制器的公式如下：

20、

21、

22、

23、其中，表示内模控制器的状态量η的导数；表示镇定器的输出，φω、f、g、γω和γ为内模控制器的第一-第五系数矩阵，θ为dc-dc变换器的瞬态占空比；κ为镇定器系数，e表示输出电压vo与目标参考电压vref之间的误差。

24、所述步骤4中，自适应内模控制器的公式如下：

25、

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27、

28、其中，表示内模控制器的参数自适应值的导数，γ表示自适应增益系数，e表示输出电压vo与目标参考电压vref之间的误差。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、本发明考虑了基于自适应输出调节理论的电动汽车动态无线充电系统的稳压控制问题，所提出的方法不仅可以处理电动汽车动态无线充电系统内部的电路参数不确定性，还可以处理由车速未知带来的内模控制器参数的不确定性，最终降低了被控系统参数不确定性和外系统不确定性对控制性能的不利影响，抑制由电动汽车移动引起的大范围电压扰动对于动态无线充电系统的影响，具有实用的应用前景。

技术特征：

1.一种基于自适应输出调节的动态无线充电系统的稳压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应输出调节的动态无线充电系统的稳压控制方法，其特征在于，所述步骤1中，dc-dc变换器的数学模型的公式如下：

3.根据权利要求1所述的一种基于自适应输出调节的动态无线充电系统的稳压控制方法，其特征在于，所述步骤2中，基于输出调节理论的被控对象模型的公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于自适应输出调节的动态无线充电系统的稳压控制方法，其特征在于，所述步骤3中，内模控制器的公式如下：

5.根据权利要求4所述的一种基于自适应输出调节的动态无线充电系统的稳压控制方法，其特征在于，所述步骤4中，自适应内模控制器的公式如下：

技术总结
本发明公开了一种基于自适应输出调节的动态无线充电系统的稳压控制方法。本发明分为两个步骤，第一，利用输出调节理论，针对电动汽车动态无线充电系统能量接收端Buck型DC‑DC变换器受到的干扰和需要跟踪的参考电压，构建外系统，将电动汽车动态无线充电系统的稳压控制问题转化为输出调节问题；第二，基于构建的外系统和DC‑DC变换器的数学模型设计内模控制器，同时引入自适应控制理论，对内模参数进行估计，得到自适应内模控制器。本发明不仅可以处理电动汽车动态无线充电系统内部的电路参数不确定性，还可以处理由车速未知带来的内模控制器参数的不确定性，最终抑制由电动汽车移动引起的大范围能量扰动对于动态无线充电系统的影响，具有实用的应用前景。

技术研发人员：刘之涛,张梦婷,苏宏业
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14