电动汽车动态无线电能传输系统的建模方法与控制策略研究
发布时间：2021-08-26 12:43
电动汽车动态无线电能传输（Dynamic Wireless Power Transfer,DWPT）充电方式具有能源清洁、充电方便、续航时间长等优势,近年来在国内外都兴起了对DWPT系统的研究,希望在不久的将来可以成为一种大范围应用的电动汽车充电方式。但是移动式充电具有很复杂的动态特性,使得DWPT系统具有非线性、时变、不确定性等特点。本文主要研究工作如下:1、为了模拟DWPT系统的动态特性,设计了一种包含双发射端的谐振补偿拓扑,并相应提出一种基于叠加原理的调谐方法。最后通过仿真电路,验证了系统始终处于谐振状态。2、为了建立更加精确的DWPT系统机理模型,采用原副边整体建模思想和状态空间平均（State Space Averaging,SSA）法,提出了一种基于SSA的DWPT系统原副边整体建模方法。最后对比模型计算结果和仿真结果,验证了机理模型的准确性。3、为了提高DWPT系统的传输效率,采用非线性控制律和双闭环控制律相结合的控制方法,提出了一种基于双闭环非线性PI控制器的DWPT系统效率提升控制策略。并设计仿真电路,验证了控制策略的效率提升控制效果。4、为了提高DWPT系统的鲁棒性...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
项目支持
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 无线电能传输技术
1.2.1 无线电能传输技术发展历程
1.2.2 无线电能传输技术分类
1.2.3 谐振式WPT系统拓扑结构和工作过程
1.3 国内外研究现状
1.3.1 WPT系统建模方法研究现状
1.3.2 WPT系统控制策略研究现状
1.4 本文主要研究内容与创新点
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 创新点
第2章 DWPT系统介绍与基本特性分析
2.1 DWPT系统介绍
2.1.1 动态无线充电与静态无线充电的区别
2.1.2 DWPT系统拓扑结构
2.1.3 互感系数
2.2 系统功率、效率性能指标分析
2.2.1 基本性能指标分析
2.2.2 传输效率优化
2.2.3 输出功率优化
2.3 谐振补偿网络分析
2.3.1 四种基本谐振补偿拓扑
2.3.2 双边LCC谐振补偿拓扑
2.3.3 双边LCC谐振补偿网络调谐
2.3.4 不同谐振补偿网络的性能指标仿真结果分析
2.4 本章小结
第3章 DWPT系统建模方法研究
3.1 DWPT系统描述
3.2 时变特性分析与互感模型
3.2.1 时变特性分析
3.2.2 互感模型
3.3 磁耦合谐振模块分析与谐振网络调谐
3.3.1 磁耦合谐振模块分析
3.3.2 谐振网络调谐
3.4 DC/DC变换器模块分析
3.5 建立DWPT系统的动态数学模型
3.5.1 系统变量定义
3.5.2 工作模式与建模方法讨论
3.5.3 基于SSA的动态建模过程
3.6 模型分析和仿真验证结果
3.6.1 系统参数设计
3.6.2 仿真电路设计
3.6.3 谐振状态仿真结果分析
3.6.4 模型输出准确性仿真结果分析
3.6.5 DWPT系统性能指标仿真结果分析
3.7 本章小结
第4章 基于双闭环非线性PI控制器的效率提升控制策略
4.1 DWPT系统效率提升控制策略分析
4.2 传输效率提升过程中出现的频率分裂现象
4.3 非线性函数基本特性分析
4.3.1 基本的非线性函数
4.3.2 fal函数基本特性分析
4.4 非线性PID
4.4.1 非线性PID控制律
4.4.2 基于fal函数的非线性PI控制律
4.5 应用于DWPT系统的双闭环非线性PI控制器设计
4.5.1 电压外环
4.5.2 电流内环
4.5.4 仿真电路设计和仿真结果分析
4.6 本章小结
第5章 基于ADRC控制器的恒功率控制策略
5.1 DWPT系统恒功率控制策略分析
5.2 ADRC控制器介绍
5.2.1 ADRC控制器基本结构
5.2.2 跟踪微分器TD
5.2.3 扩张状态观测器ESO
5.2.4 非线性状态误差反馈率NLSEF
5.3 应用于DWPT系统的ADRC控制器设计
5.3.1 TD环节设计
5.3.2 ESO环节设计
5.3.3 NLSEF环节设计
5.4 仿真结果
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A 原副边线圈动态互感值实测数据
附录B DWPT系统建模仿真电路子系统
作者简介
攻读硕士学位期间主要科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Analysis of transmitter-side control methods in wireless EV charging systems[J]. LIU Fang,CHEN KaiNan,ZHAO ZhengMing,LI Kai. Science China（Technological Sciences）. 2018(10)
[2]基于自抗扰控制算法的单舵轮AGV控制系统设计[J]. 张煌. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(05)
[3]自抗扰fal函数改进及在四旋翼姿态控制中的应用[J]. 陈志旺,张子振,曹玉洁. 控制与决策. 2018(10)
[4]无轴承异步电机的自抗扰控制策略[J]. 黄永全,卜文绍,张晓峰,何方舟. 电机与控制应用. 2017(09)
[5]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清. 控制理论与应用. 2017(03)
[6]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)
[7]电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析[J]. 张献,金耀,苑朝阳,魏斌,王松岑,赵牧天. 电力系统自动化. 2017(02)
[8]适用于分段式动态无线充电的接力方法[J]. 赵锦波,蔡涛,段善旭,丰昊,张晓明. 电力系统自动化. 2016(16)
[9]无线充电 拯救电动汽车?[J]. 牛禄青. 新经济导刊. 2016(07)
[10]耦合共振无线电能传输系统最大效率跟踪控制[J]. 王萌,孙长兴. 河南师范大学学报(自然科学版). 2016(03)
博士论文
[1]基于分段导轨模式的电动车无线供电技术关键问题研究[D]. 田勇.重庆大学 2012
本文编号：3364263
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
项目支持
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 无线电能传输技术
1.2.1 无线电能传输技术发展历程
1.2.2 无线电能传输技术分类
1.2.3 谐振式WPT系统拓扑结构和工作过程
1.3 国内外研究现状
1.3.1 WPT系统建模方法研究现状
1.3.2 WPT系统控制策略研究现状
1.4 本文主要研究内容与创新点
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 创新点
第2章 DWPT系统介绍与基本特性分析
2.1 DWPT系统介绍
2.1.1 动态无线充电与静态无线充电的区别
2.1.2 DWPT系统拓扑结构
2.1.3 互感系数
2.2 系统功率、效率性能指标分析
2.2.1 基本性能指标分析
2.2.2 传输效率优化
2.2.3 输出功率优化
2.3 谐振补偿网络分析
2.3.1 四种基本谐振补偿拓扑
2.3.2 双边LCC谐振补偿拓扑
2.3.3 双边LCC谐振补偿网络调谐
2.3.4 不同谐振补偿网络的性能指标仿真结果分析
2.4 本章小结
第3章 DWPT系统建模方法研究
3.1 DWPT系统描述
3.2 时变特性分析与互感模型
3.2.1 时变特性分析
3.2.2 互感模型
3.3 磁耦合谐振模块分析与谐振网络调谐
3.3.1 磁耦合谐振模块分析
3.3.2 谐振网络调谐
3.4 DC/DC变换器模块分析
3.5 建立DWPT系统的动态数学模型
3.5.1 系统变量定义
3.5.2 工作模式与建模方法讨论
3.5.3 基于SSA的动态建模过程
3.6 模型分析和仿真验证结果
3.6.1 系统参数设计
3.6.2 仿真电路设计
3.6.3 谐振状态仿真结果分析
3.6.4 模型输出准确性仿真结果分析
3.6.5 DWPT系统性能指标仿真结果分析
3.7 本章小结
第4章 基于双闭环非线性PI控制器的效率提升控制策略
4.1 DWPT系统效率提升控制策略分析
4.2 传输效率提升过程中出现的频率分裂现象
4.3 非线性函数基本特性分析
4.3.1 基本的非线性函数
4.3.2 fal函数基本特性分析
4.4 非线性PID
4.4.1 非线性PID控制律
4.4.2 基于fal函数的非线性PI控制律
4.5 应用于DWPT系统的双闭环非线性PI控制器设计
4.5.1 电压外环
4.5.2 电流内环
4.5.4 仿真电路设计和仿真结果分析
4.6 本章小结
第5章 基于ADRC控制器的恒功率控制策略
5.1 DWPT系统恒功率控制策略分析
5.2 ADRC控制器介绍
5.2.1 ADRC控制器基本结构
5.2.2 跟踪微分器TD
5.2.3 扩张状态观测器ESO
5.2.4 非线性状态误差反馈率NLSEF
5.3 应用于DWPT系统的ADRC控制器设计
5.3.1 TD环节设计
5.3.2 ESO环节设计
5.3.3 NLSEF环节设计
5.4 仿真结果
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A 原副边线圈动态互感值实测数据
附录B DWPT系统建模仿真电路子系统
作者简介
攻读硕士学位期间主要科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Analysis of transmitter-side control methods in wireless EV charging systems[J]. LIU Fang,CHEN KaiNan,ZHAO ZhengMing,LI Kai. Science China（Technological Sciences）. 2018(10)
[2]基于自抗扰控制算法的单舵轮AGV控制系统设计[J]. 张煌. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(05)
[3]自抗扰fal函数改进及在四旋翼姿态控制中的应用[J]. 陈志旺,张子振,曹玉洁. 控制与决策. 2018(10)
[4]无轴承异步电机的自抗扰控制策略[J]. 黄永全,卜文绍,张晓峰,何方舟. 电机与控制应用. 2017(09)
[5]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清. 控制理论与应用. 2017(03)
[6]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)
[7]电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析[J]. 张献,金耀,苑朝阳,魏斌,王松岑,赵牧天. 电力系统自动化. 2017(02)
[8]适用于分段式动态无线充电的接力方法[J]. 赵锦波,蔡涛,段善旭,丰昊,张晓明. 电力系统自动化. 2016(16)
[9]无线充电 拯救电动汽车?[J]. 牛禄青. 新经济导刊. 2016(07)
[10]耦合共振无线电能传输系统最大效率跟踪控制[J]. 王萌,孙长兴. 河南师范大学学报(自然科学版). 2016(03)
博士论文
[1]基于分段导轨模式的电动车无线供电技术关键问题研究[D]. 田勇.重庆大学 2012
本文编号：3364263
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