[发明专利]一种半桥逆变型磁共振式无线充电系统建模和控制方法

权利要求书

1.一种半桥逆变型磁共振式无线充电系统建模和控制方法，其特征在于，所述建模和控制包括以下步骤：

步骤S1、设计基于半桥逆变谐振拓扑的磁共振式无线充电系统的功率主电路，用于实现磁耦合谐振式无线电能传输功能；所述磁共振式无线充电系统的基本工作原理是：输入的直流电通过半桥电路逆变成高频交流电，激励发射端线圈与电容发生谐振产生交变近磁场，通过电磁耦合谐振，接收端线圈与电容将磁能转换为电能输出到后级负载，从而完成能量交换；

步骤S2、对半桥逆变谐振电路进行输出等效建模，以简化磁共振式无线充电系统输入级电路；

步骤S3、对磁共振式无线充电系统进行广义状态空间平均法数学建模，得到GSSA模型，用于对磁共振式无线充电系统进行暂态和稳态分析和实现电流闭环控制，GSSA模型包括GSSA大信号模型和GSSA小信号模型；

步骤S4、根据得到的GSSA模型设计基于BP神经网络自整定参数的电流PID闭环控制器，实现磁共振式无线充电系统电流的稳定输出和动态响应；

设计的磁共振式无线充电系统的功率主电路拓扑，由发射端主电路和接收端主电路构成；磁共振式无线充电系统的功率主电路拓扑包括：第一整流滤波电路、半桥谐振逆变电路、并联谐振电路、第二整流滤波电路；第一整流滤波电路输入端接电网，输出端连接至半桥谐振逆变电路输入端；半桥谐振逆变电路输出端连接至并联谐振电路输入端；并联谐振电路输出端连接至第二整流滤波电路输入端；最后，第二整流滤波电路输出端连接至负载。

2.根据权利要求1所述的一种半桥逆变型磁共振式无线充电系统建模和控制方法，其特征在于，步骤S2中，对半桥逆变谐振电路进行输出等效建模通过以下步骤完成：

S21、按开关管通断和电流流向分析电路工作模态；

S22、计算占空比为0.5下电路的固有频率，分析谐振方式，简化电路模型；

S23、建立占空比任意状况下的电路等效模型，对输出电压按三角形式的傅里叶级数展开，计算出直流分量和基波分量。

3.根据权利要求1所述的一种半桥逆变型磁共振式无线充电系统建模和控制方法，其特征在于，步骤S3中，对磁共振式无线充电系统进行广义状态空间平均法数学建模通过以下步骤完成：

S31、将收发线圈耦合等效为互感模型，接收端全桥整流电路等效成一个受控方波电流源和一个受控电压源，从而建立磁共振式无线充电系统等效电路模型；

S32、基于广义状态空间平均法建立大信号模型，对非线性环节利用卷积特性进行线性化处理，利用微分性质对状态分量进行谐波近似，最后展开谐波分量的实虚部得到大信号模型，从而计算出稳态工作点；

S33、在稳态工作点加入低频小扰动通过分离扰动和泰勒展开线性化处理，建立小信号模型，通过拉氏变换得到输出电流对占空比的传递函数。