[发明专利]IPT系统频率稳定闭环控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及到感应电能传输技术（Inductive Power Transfer,简称IPT），具体地说，是一种IPT系统频率稳定闭环控制方法。

背景技术

感应电能传输技术（Inductive Power Transfer，简称IPT）是一种以高频电磁场为能量载体，将电能以磁能的形式从电源端无线传送到负载端的电能传输新技术。该技术具有安全、可靠及灵活等优点，在生物医电、轨道交通、电动汽车、消费电子等领域有着广泛的应用前景，已成为电力电子领域的研究热点之一。

如图1所示，从系统结构上看，IPT系统包括原边和副边两个部分，原边通过谐振变换器在发射线圈上产生高频交变电流，副边能量接收线圈上感应到的电能经无功补偿和能量变换后输出给负载。结构的特殊性和复杂性导致系统呈现出典型的高阶非线性特性，从而引起复杂的动力学行为，增加了系统建模分析与控制的难度。

文献研究表明，在IPT系统中，当系统参数如互感、原副边谐振网络参数以及负载阻抗等发生变化，都可能引起系统谐振频率的分岔。如图2所示，图中纵轴为频率，横轴为分岔参数，在分岔区，体现为系统存在三个谐振频率，其中两个具有自治振荡稳定性，而另一个不具有自治振荡稳定性，且该频率值位于两个稳定频率值之间。申请人前期对非接触电能传输系统频率分岔现象已经作了比较深入的研究，并提出过中国专利申请：IPT系统中的分岔频率输送控制电路及其控制方法，申请号201310067393.3，该专利文献中通过基于延迟干扰的频率输送控制可以实现多稳态极限环吸引子的进入控制。这种控制方法的好处在于各稳态极限环对应各自的输送控制参数，而这些参数的取值不是唯一的，可以在一定的范围内任意选取。在正常工作状态下对系统加入延迟干扰时，如果干扰参数对应的是当前稳态的参数，则系统在扰动作用下，并不会改变其稳态频率，如果干扰参数对应的是其他稳态的参数，则系统在扰动作用下，将脱离当前极限环吸引子并进入目标极限环吸引子的吸引域，从而系统将收敛至新的稳态。

虽然上述方案公开了一种频率分岔可控的方法，但在实际工业应用中我们发现，单一的控制能够将系统频率牵引到某一个极限环吸引子中，但是随着系统运行，频率容易产生漂移，系统又将进入不稳定状态，由于缺少闭环控制，系统对负载和运行环境的适应能力不强。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种IPT系统频率稳定闭环控制方法，该方法引入基于延迟干扰的频率输送控制，结合周期性的频率检测，实现系统运行频率的稳定。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种IPT系统频率稳定闭环控制方法，该系统包括电源模块、开关网络、原边谐振补偿电路、发射线圈、接收线圈、副边谐振补偿电路以及负载，所述原边谐振补偿电路上连接有过零检测电路，该过零检测电路的输出端连接有频率控制器，频率控制器的输出端经过驱动电路与所述开关网络相连，在所述频率控制器上还连接有频率分支设置模块，其关键在于，所述频率控制器按照以下步骤进行控制：

步骤1：系统上电工作，频率控制器初始化延时标志flag_TD＝0以及控制标志flag_TDP＝0；

步骤2：频率控制器读取频率分支设置模块所设置的频率分支控制信号（δ,T_d），其中δ为频率分支控制信号的延时时间，T_d为频率分支控制信号的持续时间；

步骤3：频率控制器判断所读取的频率分支控制信号（δ,T_d）是否发生了改变；

如果发生改变，则设置控制标志flag_TDP＝1，并启动频率分支控制，进入步骤4；

如果没有发生改变，则直接进入步骤4；

步骤4：频率控制器利用过零检测电路所检测的过零信号判断系统的频率f，并计算N个周期的频率平均值f_avg以及频率偏移量Δf_a＝|f-f_avg|，所述N为正整数；

步骤5：判断步骤4中的频率偏移量Δf_a是否大于预设阈值δ_a：如果满足Δf_a＞δ_a，则进入步骤6，如果不满足Δf_a＞δ_a，则进入步骤6’；

步骤6：判断控制标志flag_TDP是否为0：如果控制标志flag_TDP等于0，则进入步骤7；否则返回步骤4；