[发明专利]一种半桥逆变型磁共振式无线充电系统建模和控制方法

说明书

本发明公开了一种半桥逆变型磁共振式无线充电系统建模和控制方法，该建模和控制方法的实现包括以下步骤：S1、设计基于半桥逆变谐振拓扑的功率主电路；S2、对半桥逆变谐振电路进行输出等效建模；S3、对磁共振式无线充电系统进行广义状态空间平均法数学建模；S4、设计了基于BP神经网络自整定参数的电流PID闭环控制器。本发明通过对半桥型磁共振式无线充电系统进行广义状态空间平均法数学建模，以解决磁共振式无线充电系统工作状态模糊、控制设计困难的问题；基于BP神经网络设计了自整定参数的电流PID闭环控制器，以提高恒流输出的稳态性能，降低响应时间和响应超调，从而降低了相关硬件电路的设计要求。

技术领域

本发明属于涉及磁共振式无线充电的研究领域，尤其是涉及一种半桥逆变型磁共振式无线充电(MCR-WCT)系统建模和控制方法。

背景技术

逆变器是磁共振式无线充电系统设计的重要组成部分。半桥逆变电路因其具有器件体积小、控制简单可靠、易实现软开关等优点得到广泛应用。但是，结合工作过程对半桥逆变电路进行数学建模的相关研究较少，使磁共振式无线充电系统建模复杂化。

针对磁共振式无线充电系统的建模方法主要有交流阻抗分析方法、扩展函数描述法、频闪映射方法等，上述方法计算过程复杂、计算量庞大，且不适用于高阶非线性系统。

电流开环控制无法实现稳定的恒流输出，经典PID控制无法实现参数的自整定，依靠人工经验调整，在精度和响应速度上都无法满足工况变化的性能要求。

鉴于此，为了实现半桥型磁共振式无线充电系统的稳定恒流输出，结合半桥逆变电路工作模态，基于广义状态空间平均法(GSSA)建立了磁共振式无线充电系统数学模型，在此基础上提出了一种BP神经网络自适应整定参数的PID电流闭环控制方法，从而减小了磁共振式无线充电系统静态误差，提高了磁共振式无线充电系统动态响应特性，实现磁共振式无线充电系统稳定可靠的电流调节。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的技术缺陷和不足，提供一种半桥逆变型磁共振式无线充电系统建模和控制方法，通过对半桥型磁共振式无线充电系统进行GSSA建模，以解决磁共振式无线充电系统工作状态模糊、控制设计困难的问题；基于BP神经网络设计了自整定参数的电流PID闭环控制器，以提高恒流输出的稳态性能，降低响应时间和响应超调，从而降低了相关硬件电路的设计要求。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现：

一种半桥逆变型磁共振式无线充电系统建模和控制方法，所述建模和控制包括以下步骤：

步骤S1、设计基于半桥逆变谐振拓扑的磁共振式无线充电系统的功率主电路，用于实现磁耦合谐振式无线电能传输功能；所述磁共振式无线充电系统的基本工作原理是：输入的直流电通过半桥电路逆变成高频交流电，激励发射端线圈与电容发生谐振产生交变近磁场，通过电磁耦合谐振，接收端线圈与电容将磁能转换为电能输出到后级负载，从而完成能量交换；

步骤S2、对半桥逆变谐振电路进行输出等效建模，以简化磁共振式无线充电系统输入级电路；

步骤S3、对磁共振式无线充电系统进行广义状态空间平均法数学建模，得到GSSA模型，用于对磁共振式无线充电系统进行暂态和稳态分析和实现电流闭环控制，GSSA模型包括GSSA大信号模型和GSSA小信号模型；

步骤S4、根据得到的GSSA模型设计基于BP神经网络自整定参数的电流PID闭环控制器，实现磁共振式无线充电系统电流的稳定输出和动态响应。