[发明专利]一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统

说明书

本发明提出一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统，为了减轻线性扩张状态观测器对复杂扰动的观测压力，本发明基于被控系统已知的部分模型信息b₁，先采用一个二阶LESO对无线电能传输系统的部分扰动量R₀进行观测估计，然后线性扩张状态观测器观测估计系统的其他扰动量ω(t)，并在线性状态误差反馈控制律中对观测的总扰动量F(t)进行补偿。本发明提出的方法模型依赖度低，在外部干扰和内部参数摄动情况下使得无线电能传输系统能够实现稳压输出、参数易于整定且鲁棒性强。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及到一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统。

背景技术

无线电能传输技术作为一种新型电能传输技术，能够完成对电气设备安全可靠地无线式供电。在智能手机、电动汽车以及智能家电等多个领域得到广泛应用。由于不同的电气设备对电能的要求存有差异，并且无线电能传输系统的输出特性会受到自身参数(如互感、负载等)变化以及外界环境干扰的影响，造成电能输出不稳定。因此为实现无线电能传输系统稳定可靠地输出，对系统的输出控制研究是十分必要的。

无线电能传输系统由多种电路(包括直流源、整流逆变电路、谐振补偿电路、电磁耦合机构等)组合而成，这必然导致整个系统呈现出高阶、非线性等特性。目前，一些非线性控制算法已经应用到无线电能传输系统中，例如PI控制，运用经典控制理论对系统中存在的干扰与不确定性进行抑制，虽然控制器的模型依赖度低，但是对高阶无线电能传输系统的控制效果并不理想；滑模变结构控制方法，在外部干扰和摄动的情况下，系统依然能够维持鲁棒性，但是存在控制器输出抖动问题；H∞控制，在系统存在不确定性的前提下实现某一设计指标，但是具有较强的保守型且模型依赖度高；目前只有自抗扰控制比较合理地解决了整个系统内部和外部的不确定和非线性问题，依赖模型程度低，实现起来也很简单，适用于工程应用，使得系统具有非常强的鲁棒性。但是，传统自抗扰控制器的三个组成部分均采用了非线性函数，参数较多，可达十几个，这导致算法复杂且调节困难，在实际应用中难以简单快速地实现控制目标。

发明内容

发明目的：本发明针对无线电能传输系统中传统的非线性自抗扰控制器参数过多、调节复杂、并且扩张状态观测器估计的扰动项总和过大，进而导致观测压力很大、难以保证估计精度的问题，提出了一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法及系统。本发明将改进型线性自抗扰控制器用于无线电能传输系统的稳压控制中。先采用一个基于模型补偿的二阶LESO得到系统的部分扰动量，然后利用此扰动量补偿到线性自抗扰控制器中去，如此使得自抗扰控制器中的线性扩张状态观测器不需要估计出全部的扰动量，减轻其观测压力同时提高了估计精度，增强系统的鲁棒性以及简化系统参数整定。

技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出的技术方案为：

一种无线电能传输系统的改进型自抗扰控制方法，包括步骤：

(1)对被控无线电能传输系统的负载输出端进行数学建模；

(2)检测得到所述无线电能传输系统的输出电压U_out和副边谐振补偿电路输出电流的1次分量的实部Rei_sr1；

(3)根据U_out和Rei_sr1设计二阶线性扩张状态观测器LESO对所述无线电能传输系统的输出电压U_out和扰动进行观测，得到系统的部分扰动量R₀；所述二阶线性扩张状态观测器LESO的表达式为：