[发明专利]一种基于降阶模型的无线电能传输控制系统设计分析方法

说明书

本发明涉及一种基于降阶模型的无线电能传输控制系统设计分析方法，该方法包括如下步骤：1)根据无线电能传输系统拓扑选取交流状态变量降阶量；2)对交流状态变量降阶量进行变换获取谐振元件的等效近似模型，合并谐振元件，获得降阶等效电路；3)根据降阶等效电路获得降阶状态空间模型；4)根据降阶状态空间模型计算闭环系统传递函数，完成控制参数设计和稳定性分析。与现有技术相比，本发明提出方法能够精确、直观的描述系统动态行为，有效降低了系统模型阶数，对于控制系统设计分析具有重要意义。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其是涉及一种基于降阶模型的无线电能传输控制系统设计分析方法。

背景技术

无线电能传输系统的闭环控制是该技术应用推广的重要前提，然而，由于无线电能传输系统中储能元件较多，其电压/电流都为交流信号，需要分解为实部和虚部作为系统的状态变量，因此系统模型的阶数通常较高，使得系统的动态行为分析变得非常复杂，给系统控制设计及其稳定性分析带来了一系列问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于降阶模型的无线电能传输控制系统设计分析方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于降阶模型的无线电能传输控制系统设计分析方法，该方法包括如下步骤：

1)根据无线电能传输系统拓扑选取交流状态变量降阶量；

2)对交流状态变量降阶量进行变换获取谐振元件的等效近似模型，合并谐振元件，获得降阶等效电路；

3)根据降阶等效电路获得降阶状态空间模型；

4)根据降阶状态空间模型计算闭环系统传递函数，完成控制参数设计和稳定性分析。

优选地，步骤2)对交流状态变量降阶量进行变换获取谐振元件的等效近似模型具体为：

21)将交流状态变量降阶量进行傅里叶展开，获取基波傅里叶级数；

22)对交流状态变量降阶量基波傅里叶级数进行局部线性逼近，将带幅值扰动的交流状态变量降阶量波形近似为幅值线性变化的正弦波形；

23)基于近似的正弦波形确定谐振元件的等效近似模型。

优选地，步骤1)中若无线电能传输系统拓扑中含有LCL谐振结构或串联谐振结构，则选取谐振电容电压为降阶量。

优选地，步骤2)中谐振电容电压近似波形方程为：

其中，u_C为谐振电容电压，k、A为时变参数，ω是系统的谐振频率，为谐振电容电压初相角，t为时间。

优选地，步骤3)中谐振电容的等效近似模型确定为等效电感和等效电阻串联形式。

优选地，谐振电容的等效近似模型中等效电感大小记作L′，等效电阻大小记作R′：

其中，C为谐振电容的大小，j为虚部。

优选地，步骤1)中若无线电能传输系统拓扑中含有并联谐振结构，则选取谐振电感电流为降阶量。

优选地，步骤2)中谐振电感电流近似波形方程为：

其中，i_L为谐振电感电流，k′、A′为时变参数，ω是系统的谐振频率，为谐振电感电流初相角，t为时间。

优选地，步骤3)中谐振电感的等效近似模型确定为等效电容和等效电阻串联形式。