[发明专利]一种无线充电系统快速开发验证方法

说明书

本发明的技术方案是提供一种无线充电系统快速开发验证方法。本发明充分利用了调试平台的高兼容性、高适配性和代码可读性高等优点，运用同一调试平台统一的调试接口设计和调试无线充电系统。通过本发明提供的方法可以实现充电系统在实际偏移、扰动和故障中控制算法的研究、仿真和现实演示，同时也可快速验证实际控制器的响应速度和稳态特性。本发明为验证输入、位置和负载扰动变化对系统安全稳定输出所要解决的关键技术研究提供了快速可靠实用的验证平台。

技术领域

本发明涉及一种针对无线充电系统、其控制系统和整机实验的开环/闭环快速开发验证方法，属于电力电子仿真和实验方法技术领域。

背景技术

随着电力电子器件、控制技术以及集成芯片的发展，推进了无线电能传输系统的研究工作。工业自动化程度不断加强，现代科技产业的高速发展，用户对无线充电的需求也愈发明显。无线充电也充分发挥其物理隔离、安全、耐用等优势，尤其是在航空领域、军事领域和医疗领域，逐渐开始步入日常生活当中，如手机、手表、耳机等可穿戴的电子设备，电动汽车的静态和动态充电，以及无人机和机器人等。针对不同应用场所，不同的功能需求，无线充电系统的设计也尽不相同，针对不同应用的无线充电设备的开发和测试是能够推广这项技术至关重要的一个环节。

目前也存在许多调试方法：第一种是纯软件仿真，由于参数过于理想化只适合于初步验证；第二种是纯硬件调试，实时调试存在一定的盲目性且时间和金钱成本都较高。与上述二者相比，将软件模拟平台引用到无线充电系统快速开发验证测试过程中更具实用性。目前软件模拟平台也存在多种，但是面临着诸多问题，例如：系统参数的不断修改、实时反馈系统的采样以及控制器速度与系统响应速度之间的配合等。且现有的针对无线充电系统的控制芯片众多，不同类型的芯片语言逻辑语言存在差异，入门门槛较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于同种开发环境、可视化和快速真实有效接近实际情况的无线充电系统开发方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种无线充电系统快速开发验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在实际设计要求下，确定无线充电系统的特性参数；

步骤2、确定无线充电系统的基本电路参数，利用Matlab或者PSIM软件搭建无线充电系统的开环主电路物理模型，构建开环仿真电路；利用开环仿真电路仿真无线充电系统的运行状态，观测该开环无线充电系统处于稳态时的输入输出，验证设计结果；

步骤3、对无线充电系统的开环验证完毕后，根据开环仿真电路设计控制策略和控制电路及其算法，在Matlab上搭建无线充电系统的各级电路的闭环控制电路及其算法，逐一验证各级电路的闭环特性；随后将各级电路级联，设计系统扰动，观察系统加入扰动时的瞬态响应和稳态特性；

步骤4、根据步骤1至步骤3的仿真结果搭建实际无线充电系统后，先实验验证实际无线充电系统的硬件开环特性，而后在Speedgoat实时仿真机的开发平台上搭建用于控制该实际无线充电系统的控制器模型及控制算法；Speedgoat实时仿真机和实际无线充电系统组成完整反馈闭环系统，利用Speedgoat实时仿真机观测在负载偏移、输入输出扰动以及系统故障时如何调整控制算法以维持实际无线充电系统的稳定输出；

步骤5、搭建实际控制器后，利用Speedgoat实时仿真机模拟实际无线充电系统的无线充电开环电路，观测实际控制器实时运行状态，包括其瞬态响应和稳态特性。

优选地，在Matlab或者PSIM软件中建立的耦合线圈及其模型的输入输出表达式如下式所示：

式中，I_tx,i和V_rx,j分别表示第i个输入线圈的输入电流和第j个输出线圈的输出电压；ω＝2πf表示角频率，f表示系统运行频率；M_ij表示第i个输入线圈和第j个输出线圈之间的耦合。