[发明专利]基于Buck环节的无线电能传输系统滑模控制方法

说明书

本发明公开一种基于Buck环节的无线电能传输系统滑模控制方法，包括以下步骤：S1：以Buck环节输出电容电压u_C1和续流电感电流i_L为检测对象，在u_C1‑i_L相平面上确定最优开关切换点和稳态点；S2：根据最优开关切换点和稳态点确定滑模直线的斜率以及纵轴截距；S3：判断是否需要限流控制，如果需要，则调整滑模直线的斜率；S4：判断是否发生负载切换，如果发生负载切换，则调整滑模直线的纵轴截距；S5：实时获取输出电容电压u_C1和续流电感电流i_L，按照滑模控制策略控制Buck电路中的开关管状态。其效果是：可以加快动态响应，缩短动态过程，通过改变滑模方程的斜率限制电流过冲，同时在负载切换时能使副边输出电压快速恢复原态，提高了控制的鲁棒性和适应性。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于Buck环节的无线电能传输系统滑模控制方法。

背景技术

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)有多种实现方法，现阶段无线充电系统较多采用的是感应电能传输(inductive power transfer,IPT)技术，该技术利用电磁感应原理实现电与磁之间的转换，从而实现有线充电的“无线化”，免除人工插拔充电线动作，避免了漏电危险，没有接触磨损，更加安全、美观、便捷，还可以提高系统自动化程度。

如图1所示的基于Buck环节的无线电能传输系统是无线充电系统常用的电路拓扑结构之一。相比于直接通过逆变电路或副边主动整流桥调节功率，该系统采用前置Buck变换器调节功率，优点在于调功范围宽，控制精度高，产生电磁干扰较少，适合大功率无线充电系统，如电动汽车无线充电系统。在电动汽车无线充电系统启动过程中，电流和电压的过冲通常较大，如果超过了开关管最大耐流值或耐压值，会造成开关管永久损坏。现在一般是通过延长启动时间来减小电流冲击，然而在某些动态无线充电场景，经过每段导轨的时间很短，这就要求系统能够尽快达到额定功率。因此，需要研究一种能使系统快速进入稳态并限制最大电流的控制方法来优化系统的动态性能。

在二阶系统动态过程优化方面，学者们已经做了较多的研究，提出了PWM控制、相轨迹规划、滑模控制、边界控制、时间最优控制等方法。但是在高阶电路系统的动态响应优化方面的研究还较少，目前采取的方式通常是降阶处理或者作等效变换，算法的复杂度高，动态响应的时效性难以得到满足。

发明内容

针对以上问题的不足，本发明引入相轨迹规划技术，该技术将系统状态变量如电压、电流联合展示在相平面上，更加直观形象，通过设计系统的运动轨迹，结合滑模控制方法，能够有效缩短启动时间，限制最大启动电流。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于Buck环节的无线电能传输系统滑模控制方法，其关键在于包括以下步骤：

S1：以Buck电路中输出电容电压u_C1和续流电感电流i_L为检测对象，根据系统拓扑结构及电路参数，在u_C1-i_L相平面上确定最优开关切换点和稳态点；

S2：根据最优开关切换点和稳态点确定滑模直线的斜率以及纵轴截距；

S3：判断是否需要限流控制，如果需要，则调整滑模直线的斜率，得到新的滑模直线；

S4：判断是否发生负载切换，如果发生负载切换，则调整滑模直线的纵轴截距；

S5：实时获取Buck电路中输出电容电压u_C1和续流电感电流i_L，根据最终确定的滑模直线按照滑模控制策略控制Buck电路中的开关管状态。

可选地，所述滑模控制策略为：