[发明专利]基于定频扰动的IPT系统分岔频率输送控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于定频扰动的IPT系统分岔频率输送控制系统的控制方法，所述基于定频扰动的IPT系统分岔频率输送控制系统包括电源模块、开关网络、原边谐振补偿电路、发射线圈、接收线圈、副边谐振补偿电路以及负载，所述原边谐振补偿电路上连接有过零检测电路，该过零检测电路的输出端连接有控制器，该控制器的输出端经过驱动电路与所述开关网络相连，在所述控制器上还连接有扰动频率控制模块；在系统运行过程中，如果期望系统工作在指定的稳定分岔频率点，则启动扰动频率控制模块，控制器将系统切换为定频运行模式，输出指定的扰动控制频率，持续一定时间后结束扰动，控制器重新将系统切换回浮频控制模式，系统运行频率将自动收敛到期望的频率点上，

其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

S1，预先确定IPT系统的两个稳定分岔频率f1和f3；

S2，分别确定收敛为两个稳定分岔频率的扰动频率上下界；

S3，确定两个分岔频率收敛域的分界线f2，结合扰动频率上下界得到两个稳定分岔频率的控制域；

S4，在系统运行过程中，如果期望系统工作在指定的稳定分岔频率点，则从控制域中选择合适的控制参数，即扰动频率，启动扰动频率控制模块，使得控制器将系统切换为定频运行模式，输出指定的扰动控制频率，持续一定时间后结束扰动，控制器重新将系统切换回浮频控制模式，系统运行频率将自动收敛到期望的频率点上。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，对于PS系统，步骤S1中确定IPT系统的软开关分岔频率的方法为：

工频整流滤波后的直流电源为E_dc，其串联直流电感L_d形成准电流源，分别取电感L_d的电流i_d、原副边的谐振电流i_p、i_s及谐振电压u_p、u_s组成系统状态向量，即x＝[i_d u_p i_p i_s u_s]^T，u＝[E_dc]为输入变量；

将系统工作周期分段线性化为两个工作模态并建立这两个工作模态的微分方程，可表示为状态空间描述：

其中状态矩阵

输入矩阵

其中,M为互感值，Rd是输入大电感的电阻值，Cp为原边补偿电容，Lp为副边谐振电感的值，Ls为副边谐振电感的值，Rp为原边串联电阻值，Rs为副边串联电阻值，R_L为负载阻值，Cs为副边电容值；

det＝M²-L_p×L_s，

得出系统的周期不动点为：

其中：

其中，T为开关S1至开关S4运行1遍的时间，

取出不动点x^*中原边补偿电容电压分量，令电容电压状态投影矩阵Y＝[0,1,0,0,0]，得到用于分析软开关频率工作点的系统不动点函数：

令方程的所有解为T_i(i＝1,2...n)，以这些非零解作为系统的开关周期得出系统n个软开关工作点的Ti，筛选掉其中多次过零的解，只保留在单个周期内单次过零的解，考虑IPT系统中存在3个软开关工作点时的情况；

得到系统软开关工作频率：

且f1<f2<f3，

这三个软开关频率中，f1和f3具有自治振荡稳定性，称之为稳定分岔频率，f2不具有自治振荡稳定性，称之为不稳定分岔频率。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S2中确定收敛为两个稳定分岔频率的扰动频率上下界的方法为：

令系统在扰动频率控制下，其振荡电路的实际响应频率为fs，则收敛为低频稳定分岔频率f1的频率下界f_min为使得实际响应频率fs小于f2的最小控制频率；

收敛为高频稳定分岔频率f3的频率上界f_max为使得实际响应频率fs大于f2的最大控制频率，理论上接近无穷。