[发明专利]基于无模型自适应控制的多负载MC-WPT系统及其控制方法

说明书

本发明涉及磁耦合无线电能传输技术领域，具体公开了基于无模型自适应控制的多负载MC‑WPT系统及其控制方法，采用无模型自适应控制器根据当前时刻和前一时刻的用电设备采样电压，以及当前时刻和前一时刻的原边电能变换装置中高频逆变模块的移相角，计算下一时刻高频逆变模块的移相角并发送至高频逆变模块，以此实现闭环控制直至N个用电设备的电压均达到其期望电压。接收线圈在一定范围内的移动产生互感和耦合系数变化会导致充电功率的波动以及效率的降低，采用无模型自适应控制可以避免复杂的模型建立，仅仅依靠系统的I/O数据建立系统的控制模型后，可以解决传统PID无法解决的多变量控制问题，扩展传能空间范围、提升传能的灵活性。

技术领域

本发明涉及磁耦合无线电能传输(MC-WPT)技术领域，尤其涉及基于无模型自适应控制的多负载MC-WPT系统及其控制方法。

背景技术

在探测海洋资源时，由于水下环境比较恶劣，尤其是在深海环境下能见度低且水压很大，不适合人类直接进行作业，水下无线传感器网络(UWSN)作为对海洋无人化和实时化监测的重要手段受到越来越多的使用，如今水下传感器网络已经被应用到诸如生态环境监测、国防工业、灾难预警等各个领域，水下无线传感器网络用于远程数据采集与监控时，常常需要对节点进行大规模部署，虽然水下无线传感器网络与陆上无线传感器网络在技术上具有不少的共通之处，但是水下工作环境的特殊性使得许多陆上的组网方案在水下无法完全应用。当传感器节点工作在水体环境时，通常以电池为能量来源，其能量供应受到了很大限制。

电池更换在恶劣的海洋环境中很难实施，主要存在以下问题：

1、这种补能方式需要人工操作捕捞传感器更换电池，耗时且繁琐，对后勤保障要求高；

2、在给传感器更换电池的过程中传感器无法工作，减少了传感器的有效工作时间；

3、部分传感器更换电池时降低无线传感器网络系统的测量、监测精度。

根据以上问题，众多学者已经开始研究水下无线充电系统来为水下无线传感器网络供能，但现在大部分为单发射单接收的无线传能系统，无法完全满足水下无线传感器网络的多负载网络型充电需求。

普通的单发射单接收无线充电系统的问题：

1、鲁棒性差，对补能双方的对接要求高，无法满足水下复杂环境；

2、系统能量传输通道单一、充电区域小、充电灵活性低无法满足多负载网络型系统大范围充电需求；

3、单发射系统输出功率有限，带载能力有限，难以满足多负载网络型无线传感器网络的充电需求；

4、采用PID等控制方案，受到控制量数目的限制，并且在无人航行器位置发生偏移时可能导致无法进行恒压的控制，鲁棒性较差。

发明内容

本发明提供基于无模型自适应控制的多负载MC-WPT系统及其控制方法，解决的技术问题在于：如何以一种新的控制方式实现多负载MC-WPT系统每个负载的恒压控制，并能提高MC-WPT系统的鲁棒性。

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于无模型自适应控制的多负载MC-WPT系统，包括直流电源、原边电能变换装置、磁耦合机构、副边电能变换装置和N个用电设备，N≥2，其关键在于：

该系统还包括电压采样模块和无模型自适应控制器；

所述电压采样模块用于对每个所述用电设备的电压进行采样并发送至所述无模型自适应控制器；

所述无模型自适应控制器根据所有用电设备在当前时刻的采样电压和前一时刻的采样电压，以及当前时刻和前一时刻的所述原边电能变换装置中高频逆变模块的移相角，计算下一时刻高频逆变模块的移相角并发送至所述高频逆变模块，以此实现闭环控制直至N个所述用电设备的电压均达到其期望电压。