[发明专利]基于SP型ICPT系统实现软开关条件的滑模控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种基于感应耦合电能传输(ICPT)系统实现软开关条件的滑模控制方法。

背景技术

现有技术中，传统的感应电能传输系统控制算法没有基于原边的二阶滑模控制算法，没有建立针对原边串联-副边并联的感应电能传输系统的二阶直流等效模型，对于控制副边开关来调节输出端电压的控制器其效率问题无法解决，而且控制器对负载干扰敏感，同时受电路参数影响较大，不能快速的动态响应，而且现有技术的控制器设计中需要电流的采样值和积分项。传统控制器的感应电能传输系统的输出电压在负载扰动和耦合系数变化的情况下，需要相对较长的调节时间才能达到稳态。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于SP型ICPT系统实现软开关条件的滑模控制方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于ICPT系统实现软开关条件的滑模控制方法，包括如下步骤：

S1，将谐振型感应电能传输系统的副边电路等效到原边电路，根据等效的原边电路求解原边谐振电流；

S2，将副边的感应电动势等效为受原边电流控制的电压源，同时经过傅里叶变换将副边整流电路等效为一个匝数比为的变压器；

S3，得到该谐振型感应电能传输系统的直流等效电路，根据该直流等效电路的差分方程，设定参考电压v_ref，将输出电压V和参考电压v_ref的差值定义为滑模变量的误差信号值s；

S4，设置动态参数值β，s的初始状态为负时，状态的切换条件为s≥βs_m；s的初始状态为正时，状态的切换条件为s≤βs_M，控制器结构是由两个能量注入状态和两个能量自谐振状态和一个初始状态组成；

S5，检测原边谐振电流的过零点，保证电路工作在软开关状态；

S6，根据动态参数值的实时更新，相轨迹在能量注入阶段的轨迹和能量自谐振阶段的轨迹相互切换，最终到达滑模面

所述的基于ICPT系统实现软开关条件的滑模控制方法，优选的，所述S1包括：

其中，ω₀-电路的自然频率，ω-谐振电路的工作频率，τ-谐振电路的时间常数，Q-电路的品质因数，V_p为原边电压，t为时间常数。

所述的基于ICPT系统实现软开关条件的滑模控制方法，优选的，所述S3包括：

直流等效后的电路参数表达式为：直流电压为直流电感：L_equ＝L_s，直流电容：C_equ＝C_s，直流电阻：

其中

得到等效电路的差分方程表达式

所述的基于ICPT系统实现软开关条件的滑模控制方法，优选的，所述S3还包括：

基于差分方程表达式，定义s＝v_o-v_ref，v_ref为设置的参考电压，S的一阶二阶求导方程表示为

由上式可知，简化后的电路滑动动态的相对阶为2；

考虑使用二阶滑模控制器，因此，选取滑模面为将S的一阶二阶求导方程化简可得到下述表达式

为简便分析，将电路置于开路状态，ICPT系统处于无阻尼状态，相当于为零；

对方程左右两边乘以并积分

设置变量将替换，得到

能量注入阶段，

能量自谐振阶段，

r_e，r_f分别为能量注入阶段和能量自谐振阶段的相轨迹图的半径，它们的值均由电路的初始状态决定，假定初始值为s₀，电路的模式的切换发生在β_Ns_m，β_N为0到1之间的一个常数，决定系统的趋近过程，s_m为能量注入阶段的最小值，初始点为(s₀，0)相轨迹图。

所述的基于ICPT系统实现软开关条件的滑模控制方法，优选的，所述S4包括：

求出极限情况下的β_N和β_P，即经过一次切换，相轨迹达到滑模面