[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

说明书

技术领域

本发明涉及感应电能传输(Inductive Power Transfer,简称IPT)的频率控制技术领域，具体涉及一种基于定频扰动的IPT系统分岔频率输送控制系统及控制方法。

背景技术

在IPT系统中，系统各主要参数的变化，例如互感、原副边谐振网络参数以及负载阻抗发生变化时均可能导致系统产生多个自治振荡频率，即发生多吸引子分岔。由于系统的高阶非线性特性导致各极限环吸引子的吸引域在高维空间的分布异常复杂，一个小的参数扰动就可能导致系统相轨迹流在各稳定极限环吸引子间转移，体现在系统外特性上即是工作频率跳变，从而使得系统工作频率具有一定的不确定性。因此让系统能稳定收敛到指定的工作频率上，对IPT系统的控制具有十分重要的意义。

为了实现对工作频率的控制，需要通过采用一定的控制措施，目前的方法主要是在反馈回路上加延时干扰的方法，这种方法在反馈回路上加上延迟，系统依然工作在闭环作用下，控制复杂；可靠性弱，容易出现失谐的情况。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于定频扰动的IPT系统分岔频率输送控制系统及控制方法，解决IPT系统的分岔频率输送控制问题。

为实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种基于定频扰动的IPT系统分岔频率输送控制系统，其包括电源模块、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。本发明的基于定频扰动的IPT系统分岔频率输送控制系统通过频率扰动使系统收敛到指定的频率上，基于定频扰动的输送控制策略是将系统切换为开环状态，在定频驱动下做强迫振荡运动；不同于延时扰动的输送控制策略在反馈回路上加上延迟，但系统依然工作在闭环作用下。基于定频扰动相对于基于延时扰动的控制策略，具有以下优势：1)相比于延迟要通过计数器实现，定频的控制实现容易，结构简单；2)定频的控制可靠性强，稳定性好，不容易出现失谐的情况；3)基于定频的扰动如果频率值选取接近系统软开关频率，切换过程快速，损耗小，延迟扰动很难做到。

为实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种利用本发明的基于定频扰动的IPT系统分岔频率输送控制系统的控制方法，其包括如下步骤：

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。

本发明的控制方法可靠性强，稳定性好，不容易出现失谐的情况；切换过程快速，损耗小。

在本发明的一种优选实施方式中，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Edc，其串联直流电感Ld形成准电流源，分别取电感L_d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_su_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