[发明专利]基于模糊RBF神经网络的WPT系统的频率跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于模糊RBF神经网络的WPT系统的频率跟踪方法，该系统包括MCR‑WPT系统主电路和频率跟踪控制电路，频率跟踪控制电路用于检测采集MCR‑WPT系统主电路中发射端的谐振电压和谐振电流的相位差及相位差变化率，PID控制器运用RBF神经网络实时调整H桥逆变器频率的控制量，实现对发射端谐振工作频率的自适应跟踪，使发射端的谐振电压和谐振电流时刻保持同频同相，即二者相位差维持在0度，从而确保系统的谐振工作频率与系统的固有谐振频率保持一致，为无线电能传输系统可实现较高的传输效率提供保证。

技术领域

本发明涉及无线充电系统技术领域，具体涉及基于模糊RBF神经网络的WPT系统的频率跟踪方法。

背景技术

目前，磁耦合谐振式无线电能传输(Magnetic Coupled Resonance WirelessPower Transfer, MCR-WPT)系统因在近场WPT技术中，具有传输距离远、传输效率高等优点，已被电动汽车无线充电、健康监测、嵌入式装置等领域得到广泛应用，成为无线充电领域的研究热点。然而，环境温度、工作条件、线圈尺寸和表面效应等因素可能会引起谐振线圈的磁通和电流变化。这些变化可能导致实际工作谐振频率的变化，使传输效率迅速下降，所以，保持MCR-WPT系统工作在谐振频率下是提高传输效率的关键技术之一。

为确保MCR-WPT系统工作在谐振频率点，主要有线圈拓扑优化、动态补偿调谐和频率跟踪三个方面的控制方法。频率跟踪控制相比于其它两种方法，因易于实现且响应快，被广泛应用在系统中。

但目前WPT系统的频率自动跟踪方法，大多通过检测谐振电压与电流的相位差来实现工作频率的线性调节。但MCR-WPT系统在频率失谐或谐振频率漂移的瞬间往往存在一个陡变过程，这种非线性变化没有具体的模型可参照。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明通过分析控制参数对系统性能的影响，建立基于模糊RBF神经网络的频率跟踪闭环系统模型，实时非线性频率跟踪，在提高MCR-WPT系统的传输效率基础上，实现快响应、高精度的频率跟踪控制，分析结果证实了该频率控制算法增强了WPT系统的工作谐振频率的自适应跟踪能力，对系统传输效率有较大提高，为WPT系统效率优化设计提供重要参考。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于模糊RBF神经网络的WPT系统，该系统包括MCR-WPT系统主电路和频率跟踪控制电路，其中所述频率跟踪控制电路包括电压电流采集电路、过零检测电路、数字鉴相器、模糊控制器、PWM发生器、PID控制器和H桥逆变驱动电路；

其中，电压电流采集电路完成对MCR-WPT系统主电路发射端的谐振电压和谐振电流的检测；

过零检测电路将MCR-WPT系统主电路电压和谐振电流转换为与其同频同相的方波信号和；

数字鉴相器将信号和进行相位比较，产生的相位差相位差变化率；

模糊控制器基于模糊RBF神经网络对PID控制器的参数进行调整，当PID控制器工作时，模糊RBF神经网络根据和的变化率，实时调整PID参数，将相位差维持在0度；

PWM发生器根据PID参数进行频率调整，生成与同频同相H桥驱动逻辑信号，经H桥逆变驱动电路，实现对H桥逆变驱动电路中MOSFET管的开关控制。

基于模糊RBF神经网络的WPT系统的频率跟踪方法，包括如下步骤：

S1：构建基于RBF神经网络的无线电能传输系统模型，形成谐振网络，通过模糊RBF神经网络对发射端谐振工作频率进行实时的自适应跟踪；

S2：初始化模糊 RBF 神经网络，在训练集中随机获取一个样本，在RBF 神经网络的模糊化层内选定隶属度函数的中心、宽度，并计算出模糊化层内的规则适用度和模糊隶属度初始值；