[发明专利]基于NSGA-Ⅱ参数寻优的ECPT系统输出稳压控制方法

权利要求书

1.一种基于NSGA-Ⅱ参数寻优的ECPT系统输出稳压控制方法，其特征在于，采用广义状态空间平均法建立ECPT系统的广义状态空间平均(GSSA)模型；基于GSSA模型利用PID控制器构建闭环网络对系统进行输出稳压控制；采用NSGA-Ⅱ多目标多约束遗传算法对所述PID控制器的控制参数进行全局寻优，得到最优控制参数；在采用NSGA-Ⅱ多目标多约束遗传算法指标计算过程中,将种群中的每个个体参数分别带入PID控制器中，PID控制器根据GSSA模型的输出值与电压设定值比较后得到的误差量生成相应控制量，将该控制量作为GSSA模型的输入量，由此构成闭环控制网络，得到系统在不同个体作用下的指标值；所述NSGA-Ⅱ多目标多约束遗传算法根据这些指标值对个体进行分层以及遗传操作，通过不断迭代最终在最后一代的种群个体中选择一组控制指标最优的个体作为PID控制器的控制参数对ECPT系统进行输出稳压控制。

2.根据权利要求1所述的基于NSGA-Ⅱ参数寻优的ECPT系统输出稳压控制方法，其特征在于，采用广义状态空间平均法对ECPT系统进行建模的具体步骤为：

A1：搭建半桥式ECPT系统，确定系统状态变量并建立时域微分模型；

A2：利用傅里叶变换将ECPT系统的时域微分模型转换为频域线性微分模型；

A3：将所述频域线性微分模型中各状态变量的傅里叶系数的实虚部依次展开并定义为ECPT系统的广义状态变量x；

A4：建立以ECPT系统中各变量的傅里叶系数实虚部为广义状态变量的广义状态空间平均模型：其中，A为系统矩阵，B为输入矩阵，x为系统的广义状态变量，u为系统的直流输入。

3.根据权利要求2所述的基于NSGA-Ⅱ参数寻优的ECPT系统输出稳压控制方法，其特征在于，步骤A1中搭建的半桥式ECPT系统由半桥逆变电路、阻抗匹配电路、单级谐振网络电路、LCL复合谐振网络电路、整流滤波电路以及负载依次连接而成，其中所述半桥逆变电路包括两个功率开关器件Q₁和Q₂，阻抗匹配电路包括电感L₁、电容C_1a以及电容C_1b，单级谐振网络电路包括电感L_2a、第一耦合极板等效电容C_s1以及第二耦合极板等效电容C_s2，LCL复合谐振网络电路包括电感L_2b、电容C₂以及电感L₃，系统直流输入E_dc的正极连接开关管Q₁的漏极，开关管Q₁的源极连接开关管Q₂的漏极，开关管Q₂的源极连接系统直流输入E_dc的负极，开关管Q₁和开关管Q₂的连接点作为输出连接电感L₁的一端，电感L₁的另一端依次连接电感L_2a、第一耦合极板等效电容C_s1、电感L_2b、以及电感L₃，电感L₃的另一端连接整流滤波电路的一个输入端，在电感L₁与电感L_2a之间连接并联的电容C_1a和电容C_1b，并联的电容C_1a和电容C_1b的另一端连接开关管Q₂的源极，第二耦合电容C_s2的发射极板连接开关管Q₂的源极，第二耦合电容C_s2的接收极板连接整流滤波电路的另一输入端，电容C₂的一端连接在电感L_2b与电感L₃之间，电容C₂的另一端连接第二耦合电容C_s2的接收极板与整流滤波电路之间的连线上；

将电容C_1a和电容C_1b简化为电容C₁，即C₁＝C_1a+C_1b，将电感L_2a和电感L_2b简化为电感L₂，即L₂＝L_2a+L_2b，将第一耦合极板等效电容C_s1和第二耦合极板等效电容C_s2简化为电容C_S，即C_S＝C_s1C_s2/(C_s1+C_s2)，并分别定义R_L1、R_L2、R_L3、R_cs为简化系统中电感L₁、L₂、L₃以及耦合极板的内阻值，将简化系统中电感电流和电容电压作为状态变量，采用零次谐波分量表示ECPT系统中的直流状态变量u_cf，采用基波分量表示ECPT系统中的交流状态变量i_L1，u_c1，u_cs，i_L2，u_c2，i_L3，得到ECPT系统时域微分模型为：

diL1dt=1L1Edcg(t)-RL1L1iL1-1L1uC1duC1dt=1C1iL1-1C1iL2duCsdt=1CsiL2diL2dt=1L2uC1-1L2uCs-1L2uC2-RL2+RCsL2iL2duC2dt=1C2iL2-1C2iL3diL3dt=1L3uC2-RL3L3iL3-1L3ucfp(t)ducfdt=1CfiL3p(t)-1CfucfRL]]>

以及各时域状态变量的傅里叶级数表达形式：

iL1=<iL1>1ejω0t+<iL1>-1e-jω0tuC1=<uC1>1ejω0t+<uC1>-1e-jω0tuCs=<uCs>1ejω0t+<uCs>-1e-jω0tiL2=<iL2>1ejω0t+<iL2>-1e-jω0tuC2=<uC2>1ejω0t+<uC2>-1e-jω0tiL3=<iL3>1ejω0t+<iL3>-1e-jω0tucf=<ucf>0]]>

式中，ω₀为基波角频率，i_L1为流经电感L₁的电流，u_c1为电容C₁两端的电压，u_cs为耦合极板两端的电压，i_L2为流经电感L₂的电流，u_c2为电容C₂两端的电压，i_L3为流经电感L₃的电流，u_cf为滤波电容C_f两端的电压，交流状态变量i_L1，u_c1，u_cs，i_L2，u_c2，i_L3分别用其基波分量表示，<i_L1>₁和<i_L1>_-1为电流i_L1的一阶傅里叶变换系数，<u_C1>₁和<u_C1>_-1为电压u_c1的一阶傅里叶变换系数，<u_Cs>₁和<u_Cs>_-1为电压u_cs的一阶傅里叶变换系数，<i_L2>₁和<i_L2>_-1为电流i_L2的一阶傅里叶变换系数，<u_C2>₁和<u_C2>_-1为电压u_c2的一阶傅里叶变换系数，<i_L3>₁和<i_L3>_-1为电流i_L3的一阶傅里叶变换系数，直流状态变量u_cf用其零次谐波分量表示，<u_cf>₀为电压u_cf的零阶傅里叶变换系数；

步骤A4中广义状态空间平均模型：中系统的广义状态变量x(t)为：

x(t)＝[Re＜i_L1＞₁,Im＜i_L1＞₁,Re＜u_c1＞₁,Im＜u_c1＞₁，

Re＜u_cs＞₁,Im＜u_cs＞₁,Re＜i_L2＞₁,Im＜i_L2＞₁,

Re＜u_c2＞₁,Im＜u_c2＞₁,Re＜i_L3＞₁,Im＜i_L3＞₁,

＜u_cf＞₀]^T

式中，Re表示实部，Im表示虚部；

系统矩阵A具体为：

A=-RL1L1ω-1L10000000000-ω-RL1L10-1L10000000001C100ω00-1C100000001C1-ω0000-1C10000000000ω1Cs0000000000-ω001Cs00000001L20-1L20-RL2+RCsL2ω-1L200000001L20-1L2-ω-RL2+RCsL20-1L20000000001C200ω-1C20000000001C2-ω00-1C20000000001L30-RL3L3ω-2πL30000000001L3-ω-RL3L3000000000004πCf0-1RLCf]]>

输入矩阵B具体为：

B=0-1πL100000000000T.]]>