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智能轨道列车动态无线供电系统无源控制研究

工程科学与技术 2025年第1期57卷 308-317页

作者：刘华东赵万平乐文韬谭平安麦瑞坤西南交通大学电气工程学院四川成都611756 中车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲412001 湘潭大学自动化与电子信息学院湖南湘潭411105

互感变化会引起智能轨道列车动态无线供电系统输出功率波动,影响系统的稳定性和可靠性,而传统的线性控制策略动态性能差,不能很好地适应动态无线供电系统。为此,本文基于无源控制理论(PBC)提出了一种适用于智能轨道列车动态无线供电系... 详细信息

互感变化会引起智能轨道列车动态无线供电系统输出功率波动,影响系统的稳定性和可靠性,而传统的线性控制策略动态性能差,不能很好地适应动态无线供电系统。为此,本文基于无源控制理论(PBC)提出了一种适用于智能轨道列车动态无线供电系统的恒功率控制策略。首先,介绍了智能轨道列车DWPT系统结构,建立了系统等效电路模型,分析了传输特性与启动特性,得到了实现系统恒功率输出所需条件。然后,在此基础上,推导出了DC–DC变换器的EL方程,验证了变换器的无源性;基于无源控制理论,通过能量塑造与虚拟阻尼注入设计了无源控制器,并通过控制流入副边DC–DC变换器电流期望值实现系统输出功率恒定。同时,设计了预充回路保护电气设备,利用车载储能设备反向对DC–DC变换器中的储能元件进行预充电,以防止启动瞬间冲击电流过大。在MATLAB/Simulink中搭建相应的仿真模型进行仿真,并搭建300 kW智能轨道列车动态无线供电系统实验平台进行实验。仿真和实验结果表明:相对于传统控制策略,本文提出的PBC策略可使得DWPT系统输出功率不受互感波动的影响,平均功率维持在298.2 kW,且预充回路能抑制启动瞬间的冲击电流,证实了本文所提控制策略的有效性与正确性,具有响应速度快和鲁棒性强等优势。

关键词：智能轨道列车动态无线供电无源控制恒功率输出

动态无线供电系统收发端耦合角度对功率影响机理分析

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电工技术学报 2020年第20期35卷 4232-4240页

作者：薛明杨庆新王嘉浩章鹏程省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室天津300387

在实况下的动态无线供电过程中,电动汽车由于颠簸导致收发端产生耦合角度从而引起传输功率波动,因此需要对电磁耦合结构存在耦合角度的情形进行分析。该文首先依据互感耦合模型,推导耦合系统中输出功率解析式,得出影响系统传输功率的互... 详细信息

在实况下的动态无线供电过程中,电动汽车由于颠簸导致收发端产生耦合角度从而引起传输功率波动,因此需要对电磁耦合结构存在耦合角度的情形进行分析。该文首先依据互感耦合模型,推导耦合系统中输出功率解析式,得出影响系统传输功率的互感系数在不同耦合角度与传输距离下的变化规律,并揭示其影响机理;其次利用有限元分析软件得到不同耦合角度与传输距离下的磁场强度分布特性,验证了理论推导的正确性;最后提出接收端采用三单元交叉式分布可减小耦合角度对系统能效的影响,并通过仿真和实验对比分析了三单元交叉线圈与单线圈在不同扰动下的磁场强度空间分布特性,证实了该结构可在实际扰动工况下稳定输出功率。

关键词：动态无线供电耦合角度互感传输功率

机器人随机位置下动态无线供电阵列式发射模组优化设计

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电工技术学报 2022年第24期37卷 6319-6331页

作者：薛明杨庆新章鹏程郭建武侯虎省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300401 天津工业大学天津市电气装备智能控制重点实验室天津300387

为群智能行为研究和货物分拣场景中随机移动的多机器人实时补给电能,满足其不间断工作的需求是一个重要问题。该文提出一种基于有效耦合区域定量分析的阵列式电磁发射模组优化设计方法,可满足机器人在工作区域任意位置实时补给电能的需... 详细信息

为群智能行为研究和货物分拣场景中随机移动的多机器人实时补给电能,满足其不间断工作的需求是一个重要问题。该文提出一种基于有效耦合区域定量分析的阵列式电磁发射模组优化设计方法,可满足机器人在工作区域任意位置实时补给电能的需求。首先,分析了机器人运动过程中收发线圈存在的耦合情形以及相应的接收功率解析式。其次,提出了以满足机器人额定功率需求为基准,界定有效耦合区域的划分方法,并采用有限元分析方法定量表述了不同激励模式下的有效耦合区域,进而得到阵列式发射模组空间结构排布方法以及相应的线圈激励导通工作模态。最后,搭建了基于2×2阵列发射模组的小功率动态无线供电平台,验证了机器人随机位置动态无线获取电能补给的有效性。

关键词：阵列发射模组动态无线供电有效耦合区域耦合机构机器人

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用于动态无线供电系统的双输出逆变器

电工技术学报 2020年第4期35卷 786-798页

作者：葛学健孙跃唐春森左志平桑林重庆大学自动化学院重庆400030 复杂系统安全与控制教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400030 国网电力科学研究院有限公司实验验证中心南京211000

提出了一种适用于动态无线供电(DWPT)系统的双输出逆变器。该逆变器可以产生两路相同的输出,用以驱动两段发射导轨(线圈)。该文首先介绍了逆变器的拓扑结构和工作原理,然后分析了逆变器输出电压增益、系统输出功率以及开关器件应力和软... 详细信息

提出了一种适用于动态无线供电(DWPT)系统的双输出逆变器。该逆变器可以产生两路相同的输出,用以驱动两段发射导轨(线圈)。该文首先介绍了逆变器的拓扑结构和工作原理,然后分析了逆变器输出电压增益、系统输出功率以及开关器件应力和软开关工作特性,并进行了实验验证。理论分析和实验结果表明基于该文所提逆变器的DWPT系统可以在拾取线圈移动过程中一直保持较高的传输效率,且最大效率为90%以上。同时,系统具有较快的动态响应速度,完全可以满足一般DWPT系统的要求。

关键词：动态无线供电分段导轨线圈阵列双输出逆变器

自动导引车动态无线供电系统无通信自动分段切换技术研究

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电工技术学报 2024年第17期39卷 5344-5353页

作者：荆锐张耀刘顺攀周凌云王州龙桂藜麦瑞坤西南交通大学电气工程学院成都610031 青岛地铁运营有限公司青岛266000 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081

为降低自动导引车(AGV)动态无线供电系统位置检测与分段切换的复杂度,该文提出一种集成了无通信位置检测功能的自动分段切换技术。位置检测线圈围绕发射线圈绕制,通过解耦电容解耦发射线圈与检测线圈,当接收线圈移动到发射线圈上方时,... 详细信息

为降低自动导引车(AGV)动态无线供电系统位置检测与分段切换的复杂度,该文提出一种集成了无通信位置检测功能的自动分段切换技术。位置检测线圈围绕发射线圈绕制,通过解耦电容解耦发射线圈与检测线圈,当接收线圈移动到发射线圈上方时,检测线圈只会在接收线圈磁场中产生感应出电压,此电压即为接收线圈的位置信号。结合提出的发射线圈分段切换策略,利用此感应电压驱动分段切换开关,对应的发射线圈自动开通。无需通信、分段切换控制器、辅助电源等装置,便能同时完成位置检测与分段切换。500 W功率等级原理样机实验结果表明,当接收线圈移动时,接收线圈位置能被检测线圈准确地检测到,检测线圈可驱动发射线圈以正确的次序分段切换,与理论分析一致。

关键词：自动导引车动态无线供电位置检测分段切换

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电动汽车动态无线供电磁耦合机构研究综述

电工技术学报 2022年第3期37卷 537-554页

作者：崔淑梅宋贝贝王志远哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

电动汽车无线供电技术有效提升了充电的便捷性和安全性,动态无线供电技术实现了电动汽车的“边跑边充”,实时补充电能解决了续航里程焦虑,进而也可以降低车载电池的容量。磁耦合机构是动态无线供电系统中实现能量无线传输的关键部件,直... 详细信息

电动汽车无线供电技术有效提升了充电的便捷性和安全性,动态无线供电技术实现了电动汽车的“边跑边充”,实时补充电能解决了续航里程焦虑,进而也可以降低车载电池的容量。磁耦合机构是动态无线供电系统中实现能量无线传输的关键部件,直接决定了系统的传输特性,是研究人员关注的重点。该文首先对电动汽车动态无线供电系统发展历程进行了介绍;之后结合磁耦合机构的分类对目前主要研究的结构类型特点进行了分析,并对当前磁耦合机构主要研究的关键问题和现状进行了详细介绍;最后,对磁耦合机构需要在未来进行研究的关键问题进行了讨论。

关键词：电动汽车无线能量传输动态无线供电磁耦合机构

基于PSGA的电动汽车动态无线供电系统优化布局

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电力系统自动化 2019年第9期43卷 125-131页

作者：孙跃蒋成王智慧唐春森重庆大学自动化学院重庆市400044

随着电动汽车动态无线供电系统的不断发展,其较高的初始投资费用越来越引起关注。基于此,提出了一种基于粒子群的混合遗传算法(PSGA)的电动汽车动态无线供电系统规划方法。首先分析了车辆行驶特性及储能装置特性,而后以储能装置能量和... 详细信息

随着电动汽车动态无线供电系统的不断发展,其较高的初始投资费用越来越引起关注。基于此,提出了一种基于粒子群的混合遗传算法(PSGA)的电动汽车动态无线供电系统规划方法。首先分析了车辆行驶特性及储能装置特性,而后以储能装置能量和供电导轨长度等为约束,以电动汽车动态无线供电系统投资成本最小化为目标,建立了电动汽车动态无线供电系统优化布局的数学模型。针对建立模型的复杂性,采用PSGA对该模型进行求解。该算法利用粒子群算法中保留个体经验信息的操作来改进遗传算法中的交叉操作,提升了算法的搜索效率和精度。通过对算例的分析,验证了所提方法的有效性。

关键词：电动汽车动态无线供电粒子群混合遗传算法系统规划

电动汽车动态无线供电系统电能耦合机构与切换控制研究

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电工技术学报 2019年第15期34卷 3093-3101页

作者：张献王杰杨庆新魏斌王松岑天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387 中国电力科学研究院北京100085

针对电动汽车动态无线供电系统中电能耦合机构间传输效率与接收电流的波动性问题,推导了系统传输效率函数,并通过分析控制方式得到了原边线圈电流与系统切换控制之间的关系;进而提出了一种具有自检测步进切换功能的发射端控制策略和车... 详细信息

针对电动汽车动态无线供电系统中电能耦合机构间传输效率与接收电流的波动性问题,推导了系统传输效率函数,并通过分析控制方式得到了原边线圈电流与系统切换控制之间的关系;进而提出了一种具有自检测步进切换功能的发射端控制策略和车载三线圈接收结构;最后构建了5kW动态无线供电系统模拟平台,通过实验验证了该结构能够有效减小系统传输效率和接收电流的波动。

关键词：电动汽车动态无线供电电能耦合机构切换控制

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电动汽车分段式动态无线供电的投切调控方法

电测与仪表 2020年第18期57卷 12-17页

作者：王得安朱春波逯仁贵哈尔滨工业大学哈尔滨150006

为解决动态无线供电系统中由于采用分段式导轨的布局结构使得原边发射线圈数目增加,进而需要对各段导轨中发射线圈进行实时投切控制的问题,文中提出了一种动态射频位置检测方案。利用射频芯片设计一种高性能433 MHz射频电路,并设计了一... 详细信息

为解决动态无线供电系统中由于采用分段式导轨的布局结构使得原边发射线圈数目增加,进而需要对各段导轨中发射线圈进行实时投切控制的问题,文中提出了一种动态射频位置检测方案。利用射频芯片设计一种高性能433 MHz射频电路,并设计了一种定向PCB板载天线接入射频电路以提高位置检测系统的指向性。通过调整模块的发射功率和接收灵敏度来控制其通讯识别距离并测试其穿透性能与抗干扰能力,最终验证其检测识别性能良好。

关键词：电动汽车动态无线供电位置检测投切调控