感應(yīng)耦合電能傳輸（Inductively Coupled Power Transfer,ICPT）技術(shù)是指基于電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能從電源端到用電設(shè)備端的無電氣連接傳輸技術(shù),其具有供電靈活、安全可靠、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn),在電動汽車、植入醫(yī)療和軌道交通等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。ICPT系統(tǒng)是一類集高頻電力電子變換器、功率電磁耦合機(jī)構(gòu)、信號處理與控制于一體的電磁綜合系統(tǒng),具有高階非線性和參數(shù)不確定等典型特性。這些特性使得系統(tǒng)動力學(xué)行為非常復(fù)雜,會使系統(tǒng)出現(xiàn)工作狀態(tài)不穩(wěn)定、魯棒性差等問題,極大程度上限制了ICPT系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。本文為解決系統(tǒng)隨參數(shù)攝動發(fā)生的低頻振蕩和魯棒性差等問題,分別提出了ICPT系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化策略和基于非支配排序遺傳算法-II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGA-II）的自抗擾控制器（Active Disturbance Rejection Controller,ADRC）,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性的提升,主要工作及貢獻(xiàn)包括:首先,介紹了論文的研究背景,簡要介紹了ICPT系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)及其工作原理,對ICP... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

ICPT系統(tǒng)

1緒論3MMCPCSLPLSLPLSCPCSRPRPRSRS(c)P/P補(bǔ)償(d)P/S補(bǔ)償圖1-3ICPT系統(tǒng)基本諧振補(bǔ)償電路Figure1-3BasicresonantcompensationcircuitforICPTsystem通過選取合適的補(bǔ)償電容值，使系統(tǒng)工作諧振狀態(tài)，降低系統(tǒng)的無功能量，使系統(tǒng)工作在整功率因數(shù)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)角頻率用ω表示時，全諧振狀態(tài)下的補(bǔ)償電容參數(shù)如式子（1-1）所示：2PP2SS=1=1CLCL(1-1)除了上述單一元件補(bǔ)償外，學(xué)者們也對含有多個元件的高階補(bǔ)償拓?fù)溥M(jìn)行了深入。如圖1-4（a）所示，LCL（Inductor-Capacitor-Inductor）補(bǔ)償拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了原邊線圈電流和負(fù)載的解耦，能夠靈活地實(shí)現(xiàn)阻抗變換，因而受到廣泛關(guān)注。但是在參數(shù)選取時，通常使補(bǔ)償電感值和該側(cè)磁耦合機(jī)構(gòu)線圈電感值相等，這樣會使補(bǔ)償電感體積較大并且成本較高。奧克蘭大學(xué)在LCL基礎(chǔ)上增加一個與線圈串聯(lián)的電容實(shí)現(xiàn)LCCL補(bǔ)償[34]，如圖1-4（b）所示。LPC2L1C1ReqLPL1C1Req(a)LCL補(bǔ)償(b)LCCL補(bǔ)償圖1-4ICPT系統(tǒng)復(fù)合型諧振補(bǔ)償電路Figure1-4CompositeresonantcompensationcircuitforICPTsystem（3）磁耦合機(jī)構(gòu)在ICPT中，將用于實(shí)現(xiàn)氣隙間能量交換的機(jī)構(gòu)稱為磁耦合機(jī)構(gòu)，其主要由利茲線圈、磁芯、金屬屏蔽和安裝槽等組成，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電能傳輸?shù)年P(guān)鍵。常見的ICPT系統(tǒng)磁耦合結(jié)構(gòu)包括了環(huán)形線圈、螺線管線圈、DDQ線圈等。(a)環(huán)形平面線圈(b)螺線管線圈(c)DDQ線圈圖1-5ICPT系統(tǒng)的磁耦合機(jī)構(gòu)Figure1-5MagneticcouplingmechanismofICPTsystem

5仿真與實(shí)驗(yàn)研究49參考圖5-2所示的結(jié)構(gòu)框圖，在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建如圖5-3所示的S/S型ICPT系統(tǒng)的閉環(huán)控制仿真模型，其中ICPT系統(tǒng)內(nèi)部仿真電路采用如圖5-1所示主電路，這里不再贅述。圖5-3基于自抗擾控制的ICPT系統(tǒng)仿真模型Figure5-3SimulationModelofICPTSystemBasedonADRC5.2.2非線性現(xiàn)象驗(yàn)證分析根據(jù)文章3.2節(jié)分析可知，當(dāng)耦合系數(shù)k不小于0.79時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)k在0.6到0.79之間時，系統(tǒng)會發(fā)生低頻振蕩。當(dāng)k小于0.6時，占空比達(dá)到飽和下限，低頻振蕩程度加深，出現(xiàn)嚴(yán)重的環(huán)形破裂和邊界碰撞現(xiàn)象。因此，k=0.79是系統(tǒng)的穩(wěn)定工作邊界，k=0.6是發(fā)生邊界碰撞的邊界，同時，系統(tǒng)的低頻振蕩現(xiàn)象隨著減小而增強(qiáng)，這里選取了k=0.5來證明上述結(jié)論。因此，選擇k=0.79、0.6和0.5作為典型的耦合系數(shù)來研究系統(tǒng)中的非線性行為。如圖5-4表示系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，其中圖（a）、（b）分別表示系統(tǒng)在典型耦合系數(shù)下的輸出電壓和濾波電感電流波形圖。505152535455t(ms)23252729vC(V)31k=0.79k=0.6k=0.5505152535455t(ms)0246iL(A)k=0.79k=0.6k=0.58(a)輸出電壓波形圖(b)電感電流波形圖圖5-4典型耦合系數(shù)k下的電路仿真波形圖Figure5-4Circuitsimulationwaveformsundertypicalcouplingcoefficientk從上圖可以看出，當(dāng)系統(tǒng)耦合系數(shù)較高，如k=0.79時，即線圈位置相對偏移較小，系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，電壓電流紋波較��；當(dāng)耦合系數(shù)k=0.6時，電感電流與輸出電壓紋波較大，出現(xiàn)了低頻振蕩現(xiàn)象，產(chǎn)生振蕩的頻率約為開關(guān)頻率的1/10；當(dāng)耦合系數(shù)k=0.5時，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，低頻振蕩的程度加深，vC與iL

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)中錐形諧振線圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 倪晨睿,陳海川,李登帥,周聰.  四川大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020(02)
[2]Buck-Boost變換電路DCM動態(tài)建模分析[J]. 孫雷強(qiáng),王沖,王麗艷,趙銀峰,詹行行.  電機(jī)與控制應(yīng)用. 2019(11)
[3]互補(bǔ)對稱式LCC諧振網(wǎng)絡(luò)的電場耦合式無線電能傳輸系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[J]. 蘇玉剛,吳學(xué)穎,趙魚名,卿曉東,唐春森.  電工技術(shù)學(xué)報. 2019(14)
[4]DC/DC變換器并聯(lián)系統(tǒng)混沌現(xiàn)象的控制策略[J]. 丁燁,葛蘆生,吳津慶,張瑞.  常州工學(xué)院學(xué)報. 2018(03)
[5]雙向無線電能傳輸系統(tǒng)效率優(yōu)化控制策略研究[J]. 劉方,陳凱楠,蔣燁,趙爭鳴.  電工技術(shù)學(xué)報. 2019(05)
[6]基于滑模雙環(huán)控制的感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J]. 龔明,李強(qiáng).  西南交通大學(xué)學(xué)報. 2018(03)
[7]基于遺傳算法的SS型磁耦合WPT系統(tǒng)負(fù)載與互感識別方法[J]. 蘇玉剛,陳龍,吳學(xué)穎,卿曉東,唐春森.  電工技術(shù)學(xué)報. 2018(18)
[8]基于LCL-S拓?fù)涞母袘?yīng)電能傳輸系統(tǒng)的建模與控制方法[J]. 林天仁,李勇,麥瑞坤.  電工技術(shù)學(xué)報. 2018(01)
[9]基于滑�？刂频母袘�(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)輸出電壓控制研究[J]. 羅博,陳麗華,李勇,麥瑞坤.  電工技術(shù)學(xué)報. 2017(23)
[10]基于跳頻控制策略的串聯(lián)-串聯(lián)諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法[J]. 蔣勇斌,王躍,劉軍文,劉銘,雷萬鈞.  電工技術(shù)學(xué)報. 2017(16)

博士論文
[1]感應(yīng)耦合式無線能量傳輸系統(tǒng)的拓?fù)渑c控制研究[D]. 鞠興龍.北京理工大學(xué) 2016
[2]DC-DC變換器高階系統(tǒng)動力學(xué)量化分析及其控制[D]. 謝帆.華南理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于LCC/S補(bǔ)償拓?fù)涞母袘?yīng)耦合無線電能傳輸研究[D]. 梁闐.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號：3424617