基于积分滑模变结构的磁共振无线电能传输系统频率跟踪控制
发布时间：2021-06-15 06:35
无线充电技术是现在最具有市场价值的研究方向之一,在汽车、医疗、电子设备等领域有着非常广阔的前景。因此,无线充电技术的控制方法研究具有很高的实践意义。本文以磁共振无线电能传输系统为研究对象,建立了两线圈磁共振无线电能传输系统模型,从电路耦合理论的角度进行了系统传输效率分析,然后通过设计相应的积分滑模变结构控制方法,实现快速稳定地频率跟踪控制,具体工作如下:1、介绍了磁共振无线电能传输系统基本组成和拓扑结构,建立简化的磁共振无线电能传输系统电路模型,利用电路互感理论和戴维南定理推导出系统频率、传输效率和功率方程。2、分析了磁共振无线电能传输系统存在的频率分裂现象,对系统功率进行优化,利用阻抗匹配技术实现系统的期望频率跟踪,为后文实现高速、高效控制提供理论基础。3、对于磁共振无线电能传输系统的传统控制方法存在较大抖振的问题,提出了一种基于积分的滑模变结构控制算法。该方法通过对误差的积分,拟制了高频开关的不完善实现造成控制响应处的系统抖振,消除了参数不确定性带来的问题,提高了控制器的性能和控制系统整体性能。最后通过仿真验证了本文控制方法的有效性,消除系统抖振效果显著,提高了系统整体性能。4、针...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线充电汽车原理
青岛大学硕士学位论文4图1.2无线充电耳机图1.3无线充电手机图1.4无线充电汽车在国内，已经有许多高校开始了无线充电技术的研究，例如东南大学、重庆大学、天津工业大学、哈尔滨工业大学等。许多高校针对不同类别的无线电能传输技术展开研究，如东南大学团队对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行了重点研究，分析了其工作原理和研究现状，在串并式系统中有着深入研究[8]。天津工业大学团队采用了互感耦合理论对磁耦合谐振式系统进行了阻抗分析，设计了自适应阻抗匹配电路[9]。哈尔滨工业大学团队将无线充电关键技术引用到了汽车领域，完善无线充电汽车技术，并展望未来电动汽车的发展[10]。重庆大学团队结合互感耦合模型,分析了磁共振电能传输技术的四种拓扑结构。运用了电路理论分析了WPT系统传输效率与系统线圈的关系并且提出了一种频率跟踪系统来提高系统的传输效率[11]。除了国内各大高校之外，也有许多企业开始了无线电能传输技术的研究，他们专注于无线充电的技术的应用方向并将其应用于移动电子设备中。2014年，中兴通讯成功研制出了固定式无线充电系统；充电功率水平为系统效率为30千瓦，并将非接触式电磁感应系统率先应用于公交等公共交通工具，如图1.5所示，无线汽车充电得以实现。
青岛大学硕士学位论文5图1.5中兴无线充电巴士1.3本文主要安排及工作本文研究的重点是针对磁共振无线电能传输系统采用一种新的积分滑模变结构控制和RBF神经网络相结合的控制方法，鉴于系统对频率高精度跟踪控制的要求，设计了加入RBF神经网络的积分滑模控制器。本文共分为六个章节，具体章节安排和研究内容如下:第一章绪论，论述了无线充电技术的背景和该课题的研究意义，阐述了无线充电技术在应用最多的消费电子设备领域和新能源汽车领域的发展现状，对该技术的国内外研究现状进行综述，给出本文各章安排及所做的的主要工作。第二章详细对比了各类无线电能传输系统的特点及应用环境，着重讲述了磁共振式无线电能传输系统的电路组成和工作原理，分析现阶段无线电能传输系统存在的多种拓扑结构的优劣，选择合适的拓扑结构进行建模。第三章以磁共振无线电能传输系统为基础，建立串联式两线圈电路系统模型，讨论频率分裂现象对系统影响，并从耦合系数、负载功率和阻抗匹配三个方面对系统进一步优化。为后文控制器设计奠定基矗第四章为了克服滑模控制带来的问题，如存在的抖振现象和抗干扰性差。本章提出了一种新的积分滑模变结构控制方法，动态积分滑模控制方法有着良好的跟踪性能，具有较好的上升时间、较小的稳定时间和无超调量特性。因此我们将其应用于WPT系统，以解决滑模控制存在的抖振问题。最后将本章方法通过仿真与传统控制方法对比，仿真结果表明在参数不确定的情况下，该方法克服了抖振现象，跟踪误差几乎收敛到零，具有很好抗参数变化的鲁棒性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J]. 朱春波,姜金海,宋凯,张千帆. 电力系统自动化. 2017(02)
[2]改进粒子群算法的自动阻抗匹配技术[J]. 杨晓博,李阳,肖朝霞,杨庆新,董维豪,王银焕. 重庆大学学报. 2016(06)
[3]磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法[J]. 李阳,张雅希,闫卓,杨庆新,薛明,张献. 电工技术学报. 2016(22)
[4]磁共振耦合电能传输系统功率与效率传输特性分析与优化[J]. 李长生,张合,曹娟,刘明. 电力系统自动化. 2015(08)
[5]磁耦合谐振无线电能传输的研究现状及应用[J]. 范兴明,莫小勇,张鑫. 电工技术学报. 2013(12)
[6]串联机器人的双模糊自适应滑模控制[J]. 闫文才,李新,白瑞林. 计算机工程与应用. 2015(09)
[7]磁耦合谐振式无线电能传输系统串并式模型研究[J]. 黄学良,吉青晶,谭林林,王维,赵家明,周亚龙. 电工技术学报. 2013(03)
[8]磁共振模式无线电能传输系统建模与分析[J]. 翟渊,孙跃,戴欣,苏玉刚,王智慧. 中国电机工程学报. 2012(12)
[9]基于RBF神经网络的开关磁阻电机单神经元PID控制[J]. 夏长亮,王明超. 中国电机工程学报. 2005(15)
[10]电液伺服系统的积分滑模自适应控制[J]. 管成,朱善安. 电工技术学报. 2005(04)
博士论文
[1]基于ICPT的无线电能传输网关键技术研究[D]. 杨芳勋.重庆大学 2012
硕士论文
[1]基于滑模变结构的Dobot机械臂轨迹跟踪控制研究[D]. 赵智勇.青岛大学 2019
[2]基于积分滑模的永磁直线同步电动机直接推力控制[D]. 原浩.沈阳工业大学 2019
[3]磁共振无线电能传输系统的设计与研究[D]. 邵立伟.南京理工大学 2017
[4]电动汽车无线充电系统与控制方法研究[D]. 伍莎莎.湖南大学 2016
[5]共振式无线电能传输系统的关键技术研究[D]. 陈文仙.南京航空航天大学 2015
[6]基于RBF神经网络序贯学习算法的单神经元PID控制[D]. 李草苍.西南交通大学 2014
[7]用于家用电器的较大功率无线电能传输技术研究[D]. 吴家宏.哈尔滨工业大学 2013
[8]几类系统的积分滑模控制问题的研究[D]. 高超.中国海洋大学 2013
[9]基于RBF神经网络的PID整定[D]. 李广军.西南交通大学 2005
本文编号：3230643
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线充电汽车原理
青岛大学硕士学位论文4图1.2无线充电耳机图1.3无线充电手机图1.4无线充电汽车在国内，已经有许多高校开始了无线充电技术的研究，例如东南大学、重庆大学、天津工业大学、哈尔滨工业大学等。许多高校针对不同类别的无线电能传输技术展开研究，如东南大学团队对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行了重点研究，分析了其工作原理和研究现状，在串并式系统中有着深入研究[8]。天津工业大学团队采用了互感耦合理论对磁耦合谐振式系统进行了阻抗分析，设计了自适应阻抗匹配电路[9]。哈尔滨工业大学团队将无线充电关键技术引用到了汽车领域，完善无线充电汽车技术，并展望未来电动汽车的发展[10]。重庆大学团队结合互感耦合模型,分析了磁共振电能传输技术的四种拓扑结构。运用了电路理论分析了WPT系统传输效率与系统线圈的关系并且提出了一种频率跟踪系统来提高系统的传输效率[11]。除了国内各大高校之外，也有许多企业开始了无线电能传输技术的研究，他们专注于无线充电的技术的应用方向并将其应用于移动电子设备中。2014年，中兴通讯成功研制出了固定式无线充电系统；充电功率水平为系统效率为30千瓦，并将非接触式电磁感应系统率先应用于公交等公共交通工具，如图1.5所示，无线汽车充电得以实现。
青岛大学硕士学位论文5图1.5中兴无线充电巴士1.3本文主要安排及工作本文研究的重点是针对磁共振无线电能传输系统采用一种新的积分滑模变结构控制和RBF神经网络相结合的控制方法，鉴于系统对频率高精度跟踪控制的要求，设计了加入RBF神经网络的积分滑模控制器。本文共分为六个章节，具体章节安排和研究内容如下:第一章绪论，论述了无线充电技术的背景和该课题的研究意义，阐述了无线充电技术在应用最多的消费电子设备领域和新能源汽车领域的发展现状，对该技术的国内外研究现状进行综述，给出本文各章安排及所做的的主要工作。第二章详细对比了各类无线电能传输系统的特点及应用环境，着重讲述了磁共振式无线电能传输系统的电路组成和工作原理，分析现阶段无线电能传输系统存在的多种拓扑结构的优劣，选择合适的拓扑结构进行建模。第三章以磁共振无线电能传输系统为基础，建立串联式两线圈电路系统模型，讨论频率分裂现象对系统影响，并从耦合系数、负载功率和阻抗匹配三个方面对系统进一步优化。为后文控制器设计奠定基矗第四章为了克服滑模控制带来的问题，如存在的抖振现象和抗干扰性差。本章提出了一种新的积分滑模变结构控制方法，动态积分滑模控制方法有着良好的跟踪性能，具有较好的上升时间、较小的稳定时间和无超调量特性。因此我们将其应用于WPT系统，以解决滑模控制存在的抖振问题。最后将本章方法通过仿真与传统控制方法对比，仿真结果表明在参数不确定的情况下，该方法克服了抖振现象，跟踪误差几乎收敛到零，具有很好抗参数变化的鲁棒性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J]. 朱春波,姜金海,宋凯,张千帆. 电力系统自动化. 2017(02)
[2]改进粒子群算法的自动阻抗匹配技术[J]. 杨晓博,李阳,肖朝霞,杨庆新,董维豪,王银焕. 重庆大学学报. 2016(06)
[3]磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法[J]. 李阳,张雅希,闫卓,杨庆新,薛明,张献. 电工技术学报. 2016(22)
[4]磁共振耦合电能传输系统功率与效率传输特性分析与优化[J]. 李长生,张合,曹娟,刘明. 电力系统自动化. 2015(08)
[5]磁耦合谐振无线电能传输的研究现状及应用[J]. 范兴明,莫小勇,张鑫. 电工技术学报. 2013(12)
[6]串联机器人的双模糊自适应滑模控制[J]. 闫文才,李新,白瑞林. 计算机工程与应用. 2015(09)
[7]磁耦合谐振式无线电能传输系统串并式模型研究[J]. 黄学良,吉青晶,谭林林,王维,赵家明,周亚龙. 电工技术学报. 2013(03)
[8]磁共振模式无线电能传输系统建模与分析[J]. 翟渊,孙跃,戴欣,苏玉刚,王智慧. 中国电机工程学报. 2012(12)
[9]基于RBF神经网络的开关磁阻电机单神经元PID控制[J]. 夏长亮,王明超. 中国电机工程学报. 2005(15)
[10]电液伺服系统的积分滑模自适应控制[J]. 管成,朱善安. 电工技术学报. 2005(04)
博士论文
[1]基于ICPT的无线电能传输网关键技术研究[D]. 杨芳勋.重庆大学 2012
硕士论文
[1]基于滑模变结构的Dobot机械臂轨迹跟踪控制研究[D]. 赵智勇.青岛大学 2019
[2]基于积分滑模的永磁直线同步电动机直接推力控制[D]. 原浩.沈阳工业大学 2019
[3]磁共振无线电能传输系统的设计与研究[D]. 邵立伟.南京理工大学 2017
[4]电动汽车无线充电系统与控制方法研究[D]. 伍莎莎.湖南大学 2016
[5]共振式无线电能传输系统的关键技术研究[D]. 陈文仙.南京航空航天大学 2015
[6]基于RBF神经网络序贯学习算法的单神经元PID控制[D]. 李草苍.西南交通大学 2014
[7]用于家用电器的较大功率无线电能传输技术研究[D]. 吴家宏.哈尔滨工业大学 2013
[8]几类系统的积分滑模控制问题的研究[D]. 高超.中国海洋大学 2013
[9]基于RBF神经网络的PID整定[D]. 李广军.西南交通大学 2005
本文编号：3230643
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