基于移相控制的闭环无线电能传输系统的研究

• 作 者: 赵童
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 无线电能传输 LCC-S补偿 移相 模糊PID 闭环控制

无线电能传输技术相较于传统的有线供电增加了供电的灵活性,在智能手机等领域应用越来越广泛。但在开环系统中,电能传输距离的不确定性仍然制约着负载供电的稳定性,无法使系统的变传输距离情况下实现稳定的工作状态,因此闭环无线电能传输系统也是当前的研究热点之一。本文研究了一种基于移相控制的闭环无线电能传输系统,使其实现在输入以及负载稳定的情况下,当传输距离发生变化,或者功率线圈发生左右的偏移时,仍然可以保持输出电压的稳定。本文采用LCC-S型拓扑补偿结构,对闭环无线电能传输系统进行研究。首先分析了 LCC-S型谐振补偿网络的构成以及对其传输特性进行分析,从而得到其输出电压与系统参数的关系。结合移相控制策略的原理及数学模型进行分析,系统可以实现恒压输出。通过对LCC-S无线电能传输系统进行状态空间建模,分析系统的伯德图曲线,得到需要引入PID控制来实现闭环情况下的稳压输出。由于系统工作情况复杂,传递函数无法得到,控制参数整定困难,本文采用模糊PID控制,分析了模糊PID控制系统的构成以及程序流程的设计,将其应用于PIC单片机,产生PWM波驱动移相控制芯片。移相控制芯片接收单片机的信号,产生四路PWM驱动波形,改变全桥逆变电路的移相角,实现闭环控制系统的稳压输出。其次,通过理论分析,对系统进行软硬件的设计,包括LCC-S谐振补偿网络的参数设计,PIC单片机的选择以及外围电路的设计,通信模块中蓝牙模块的选择,移相控制芯片的选择以及外围电路的设计。其中PIC单片机对控制部分进行软件编程,包括对电压采样信号进行A/D转换,模糊PID控制运算,PWM波形输出。最后,搭建了完整地实验样机。实验表明,当负载为10Ω,传输距离在12cm～15cm之间变化时,系统可以实现48V的稳定输出。