[发明专利]一种谐振式无线充电系统中电路参数的在线辨识方法

权利要求书

1.一种谐振式无线充电系统中电路参数的在线辨识方法，用以获取谐振式无线充电系统中谐振电路一次侧电容、一次侧电感、二次侧电容、二次侧电感的实际值，其特征在于，包括以下步骤：

(1)针对谐振式无线充电系统典型结构，根据无线充电系统等效电路图，建立谐振式无线充电系统谐振电路一次侧电流有效值方程、二次侧电流有效值方程和输入阻抗角方程；

(2)根据在所述步骤(1)中的谐振电路一次侧电流有效值方程，建立可使谐振电路一次侧电流达到有效值峰值的输入信号的频率约束方程；

(3)通过检测谐振电路一次侧的实时电流、一次侧的实时电压和二次侧的实时电流，得到一次侧电流实时波形、一次侧电压实时波形和二次侧电流实时波形，进一步获取辨识过程中所需的四个特征量：

通过一次侧电流波形和二次侧电流波形的稳态分析得到一次侧电流稳态有效值和二次侧电流稳态有效值，通过对一次侧电流波形和一次侧电压波形的稳态分析得到一次侧电压电流相位差，对系统启动时的一次侧电流瞬态波形进行傅里叶变换，得到可使谐振电路一次侧电流有效值达到峰值的输入信号频率；

(4)针对上述四个理论方程和四个辨识过程所需的特征量，构造包含未知参数的多目标方程，对一次侧电流有效值方程、二次侧电流有效值方程、输入阻抗角方程以及输入信号频率约束方程中的未知量即谐振电路一次侧电容、一次侧电感，二次侧电容、二次侧电感参数使用多目标优化算法进行参数辨识，得到谐振电路电容和电感参数的实际值；

所述的步骤(1)具体包含以下步骤：

(1.1)根据谐振式无线充电系统典型结构，构建系统等效电路图，列写回路电流方程；

(1.2)根据回路电流方程，得到谐振式无线充电系统谐振电路一次侧电流有效值方程和二次侧电流有效值方程为：

其中ω为谐振电路输入信号角频率，L₁为谐振电路一次侧线圈电感，L₂为二次侧线圈电感，C₁为谐振电路一次侧补偿电容，C₂为二次侧补偿电容，M为谐振电路一次侧与二次侧的互感，k为耦合因数，R₁为谐振电路一次侧等效内阻，R₂为二次侧等效内阻，R_L为充电负载等效电阻；U_S为谐振电路输入电压有效值，I₁为谐振电路一次侧电流有效值，I₂为谐振电路二次侧电流有效值；

(1.3)根据无线充电系统一次侧等效电路和回路电流方程得到谐振电路输入阻抗，进一步得到输入阻抗角θ方程为：

所述的步骤(2)具体包含以下步骤：

根据步骤(1)，谐振式无线充电系统谐振电路一次侧电流有效值方程对于输入信号角频率ω连续可导，当一次侧电流有效值取得峰值时偏导为0，设此时谐振电路输入信号频率为f₀、角频率为ω₀＝2πf₀，则输入信号频率约束方程为：

其中

a₄＝(R₂+R_L)²+a₅²；

2.根据权利要求1所述谐振式无线充电系统中电路参数的在线辨识方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包含以下步骤：

(3.1)对一次侧电流实时波形进行稳态分析，提取电流稳态有效值I₁，对二次侧电流实时波形进行稳态分析，提取电流稳态有效值I₂，对一次侧电流波形和一次侧电压波形的稳态分析得到一次侧电压电流相位差，即输入阻抗角θ；

(3.2)截取系统启动时谐振电路一次侧电流瞬态波形，对瞬态波形进行傅里叶变换，傅里叶频谱中各次谐波分量幅值将出现一个或两个峰值，其中一个幅值峰值对应的谐波频率为谐振电路实际输入信号的频率，若存在另一个幅值峰值，则其所对应的谐波频率值即为可使系统一次侧电流有效值达到峰值的输入信号频率f₀，可得ω₀＝2πf₀；若此步骤中傅里叶频谱仅出现一个幅值峰值，则此时谐振电路的实际输入信号频率与频率f₀相等，即f₀＝f。

3.根据权利要求1所述谐振式无线充电系统中电路参数的在线辨识方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包含以下步骤：

(4.1)对于步骤(1)中的一次侧电流有效值方程、二次侧电流有效值方程、输入阻抗角方程以及步骤(2)中的频率约束方程，系统的互感耦合因数为已知量，则以上四个方程可以表示为以下形式：

代入步骤(3)获取的四个特征量I₁、I₂、θ和ω₀，那么四个方程的未知量即待辨识参数仅为谐振电路一次侧电容C₁、一次侧电感L₁、二次侧电容C₂、二次侧电感L₂值；

(4.2)构造多目标函数表达式为：

使用多目标优化算法对该目标函数进行寻优，最终实现L₁、C₁、L₂、C₂的参数辨识，则谐振电路一次侧和二次侧电容和电感实际值可得。