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电动汽车无线充放电系统参数优化与协调控制方法研究

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电动汽车无线充放电系统参数优化与协调控制方法研究

作者：张振兴东南大学

学位级别：硕士

双向无线电能传输技术(Bidirectional Wireless Power Transfer,BD-WPT)是无线电能传输技术的重要分支,该技术除具有单向无线电能传输技术安全便捷、自动化程度高等优点外,可进一步发挥电动汽车与电网互动(Vehicle to Grid,V2G)作用,实... 详细信息

双向无线电能传输技术(Bidirectional Wireless Power Transfer,BD-WPT)是无线电能传输技术的重要分支,该技术除具有单向无线电能传输技术安全便捷、自动化程度高等优点外,可进一步发挥电动汽车与电网互动(Vehicle to Grid,V2G)作用,实现真正意义上的电动汽车智能双向充放电,是一种有效的能量交互组网接口技术。现有研究侧重于单向无线电能传输技术,有关BD-WPT技术研究较少,主要集中在BD-WPT系统稳态建模、功率稳定控制策略等方面,缺乏BD-WPT系统补偿网络传输特性、补偿网络参数设计、动态建模、功率-效率协调控制等方面的研究。本文针对上述问题,围绕BD-WPT技术展开了以下几方面研究并获得相应结论:首先,本文对BD-WPT系统控制方案展开研究,分析对比了附加能量变换环节控制方案、能量注入控制方案和移相控制方案的工作原理和优缺点,考虑到移相控制方案具有体积小、电路简单、效率高的优点,选择移相控制方案作为本文所述BD-WPT系统的控制方案;基于互感理论建立了S-S补偿网络、LCL-LCL补偿网络、LCC-LCC补偿网络BD-WPT系统的等效电路模型,对比分析可知LCC-LCC补偿网络系统设计灵活、容偏性能好、各工况下均能安全工作,综合而言应用前景更加广阔;以补偿元件电压电流应力均匀分布为优化目标,对补偿网络参数进行设计,研究表明对于某一功率需求,采用原副边完全一致的补偿参数,可使系统各补偿元件电压电流应力较为平均,有利于系统长期稳定运行。其次,本文分析了无线电能传输系统的常用建模方法,建立了BD-WPT系统的广义状态空间平均模型,在验证了模型的可行性和准确性后,基于该模型获得系统的传递函数矩阵,绘制了系统伯德图,分析了系统特性,为系统控制量及被控量的选择提供参考;基于对系统传输效率-频率特性和传输功率-频率特性的分析,提出了一种分段功-效协调控制方法,该方法可根据具体功率需求,使BD-WPT系统工作于不同的谐振频率,从而使系统获得更高的传输效率。最后,搭建了BD-WPT系统仿真和实验平台,仿真和实验结果验证了文本所述理论或提出方法的可行性和有效性。

关键词：双向无线电能传输传输特性补偿网络参数广义状态空间平均法效率优化

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双LCL型感应电能传输系统H_∞鲁棒控制

广东电力 2018年第11期31卷 32-38页

作者：孙琪琪夏晨阳李欣宇贾仁海刘旭江苏省煤矿电气与自动化工程实验室(中国矿业大学) 江苏徐州221116

因负载变化、磁路机构的偏移以及元器件的老化等因素导致的双LCL型感应电能传输(inductively power transfer,IPT)系统出现输出电压变化及系统频率漂移等不确定性问题会加剧系统性能的恶化,为此,针对双LCL型IPT系统在负载摄动和干扰下... 详细信息

因负载变化、磁路机构的偏移以及元器件的老化等因素导致的双LCL型感应电能传输(inductively power transfer,IPT)系统出现输出电压变化及系统频率漂移等不确定性问题会加剧系统性能的恶化,为此,针对双LCL型IPT系统在负载摄动和干扰下的稳压输出,设计闭环系统的鲁棒控制器。首先采用广义状态空间平均法建立系统频域模型,将实际被控对象的模型转化为广义系统,借助上线性分式变换分离系统的标称部分和不确定部分,得到广义被控对象模型。然后,基于该模型设计H_∞鲁棒控制器,并利用结构奇异值的频率响应校验闭环系统的鲁棒稳定性及鲁棒性能。仿真和实验结果表明该控制器可以较好地保证双LCL型IPT系统的标称性能和鲁棒性能,验证了该模型和控制方法的有效性和可行性。

关键词：广义状态空间平均法 H∞鲁棒控制上线性分式变换结构奇异值鲁棒稳定性和鲁棒性能

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基于DPS控制的双向全桥直流变换器的建模

海军航空工程学院学报 2019年第5期34卷 437-442页

作者：卢建华郝凯敏陈泽宇李飞海军航空大学山东烟台264001 甘肃电器科学研究院甘肃天水741000

为方便双向全桥直流变换器的稳定性分析以及闭环控制器的设计,利用广义状态空间平均法对工作在双重移相控制方式下的双向全桥直流变换器进行了建模研究,得到了系统的大信号模型,通过线性化处理,得到系统小信号模型,并根据小信号模型进... 详细信息

为方便双向全桥直流变换器的稳定性分析以及闭环控制器的设计,利用广义状态空间平均法对工作在双重移相控制方式下的双向全桥直流变换器进行了建模研究,得到了系统的大信号模型,通过线性化处理,得到系统小信号模型,并根据小信号模型进行了控制器设计。利用Matlab仿真验证所建立模型的准确性以及闭环系统的稳定性,仿真结果表明,小信号模型能准确跟随系统输出,且闭环系统符合GJB 181B要求。

关键词：广义状态空间平均法双向全桥直流变换器双移相控制大信号模型小信号模型

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用于感应电机驱动的变频器建模方法综述

机电设备 2017年第3期34卷 43-46页

作者：吕昊张怀亮江能军王敏海军装备部装备采购中心北京100071 中国船舶重工集团公司第七〇四研究所上海200031

随着电力电子技术、控制技术的发展,采用变频器驱动的感应电机推进系统已成为综合电力系统的主要技术之一。综合电力系统采用变频器驱动感应电机推进系统,具有体积小、重量轻、转矩密度高和无级变速可调等优点。为了深入分析变频器的各... 详细信息

随着电力电子技术、控制技术的发展,采用变频器驱动的感应电机推进系统已成为综合电力系统的主要技术之一。综合电力系统采用变频器驱动感应电机推进系统,具有体积小、重量轻、转矩密度高和无级变速可调等优点。为了深入分析变频器的各种静动态性能,需要对变频器进行建模研究,目前用于变频器建模的方法主要有开关函数法、状态空间平均法、广义状态空间平均法和电源开关等效法。系统地总结了各种建模方法的基本原理和优缺点,为变频器的建模研究奠定了基础。

关键词：变频器开关函数法状态空间平均法广义状态空间平均法电源开关等效法

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模型跟踪控制应用于非接触感应电能传输

哈尔滨理工大学学报 2013年第1期18卷 80-84页

作者：黄莹陈恩策唐厚君上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

为了将模型跟踪控制应用于非接触感应电能传输系统上,消除广义状态空间平均法对系统矩阵的影响,首先对两者进行原理分析,依据傅里叶变换和拉普拉斯变换的关系及矩阵理论,对状态空间矩阵进行分块和常数化处理,得到适用于模型跟踪控制方... 详细信息

为了将模型跟踪控制应用于非接触感应电能传输系统上,消除广义状态空间平均法对系统矩阵的影响,首先对两者进行原理分析,依据傅里叶变换和拉普拉斯变换的关系及矩阵理论,对状态空间矩阵进行分块和常数化处理,得到适用于模型跟踪控制方法的状态矩阵;通过建立与被控对象输出形式相同的参考模型,分离变量以便单独控制;最后在Simulink平台上对系统进行仿真,验证其可行性.论文提出的将模型跟踪控制应用到非接触感应电能传输系统的方法,使得被控对象可以跟踪参考模型的输出,从而改善电能参数特性,系统建模简单,且可以保存被控对象的物理结构,十分有效.

关键词：非接触感应电能传输广义状态空间平均法模型跟踪控制仿真

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基于模型预测控制的谐振式无线电能传输系统

电子设计工程 2022年第23期30卷 143-147页

作者：王晓兰石圣昀王惠中兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050 甘肃工业过程先进控制重点实验室甘肃兰州730050

近年来无线电能传输以安全、便捷等优势被广泛应用,针对磁耦合谐振式无线电能传输系统输出的可靠性和灵活性问题,采用广义状态空间平均法建立模型,利用模型预测控制器调节输出电压。通过模型仿真,将模型预测控制器与传统PID控制器、模糊... 详细信息

近年来无线电能传输以安全、便捷等优势被广泛应用,针对磁耦合谐振式无线电能传输系统输出的可靠性和灵活性问题,采用广义状态空间平均法建立模型,利用模型预测控制器调节输出电压。通过模型仿真,将模型预测控制器与传统PID控制器、模糊PID控制器对设定值的控制效果以及跟踪效果进行对比,结果表明,模型预测控制器输出更为平滑,调节时间更短,控制精度更高,超调量更小,能够很好地达到设定值,且跟踪效果更为稳定。

关键词：模型预测控制谐振式无线电能传输双LCL型拓扑结构广义状态空间平均法