基于仿人智能控制的WPT系统最优效率点跟踪方法及其实现
Tracking Method and Its Realization of the Optimal Operation Efficiency Point of WPT System Based on Human-Simulated Intelligent Control
【作 者】石登文
【摘 要】
为解决电气接触部件间容易产生火花、积碳、磨损及接触不良等问题,无线电能传输技术(Wireless Power Transfer,简称 WPT)应运而生。由于能量发射线圈与能量拾取线圈之间存在着空气间隙,WPT 系统属于能量传输效率相对较低的松耦合传能系统。因此,关于如何提升系统能量传输效率是 WPT 系统中重要的研究课题之一。目前国内外相关专家学者主要从频率、系统参数、磁芯结构、线圈形状等方面着手研究,而关于系统是否工作于最优效率点的研究相对甚少。
为使系统工作在最优效率点,本文提出了一种基于仿人智能控制的 WPT 系统最优效率点跟踪方法。在维持输出电压一定的前提下,该方法旨在通过变步长自寻优的方式寻找系统输入功率最小点,从而实现系统对最优效率点的跟踪。
本文的主要研究内容如下:
① 量化分析 WPT 系统中各个关键环节的能量损耗;分析了不同参数对系统总体效率的影响。
② 对谐振补偿拓扑为 SS 型的 WPT 系统进行建模分析;阐述了原边输入控制和副边输出控制的基本工作原理;在输出电压恒定的前提下,给出了原边高频逆变电路中开关管的移相角、副边 Buck-Boost 电路中开关管占空比以及系统能量传输效率三者之间的关系;上述理论分析验证了基于自寻优过程的最优效率点跟踪方法的可行性,并给出了能够实现该方法的关键因素。
③ 提出了一种基于仿人智能控制的原边移相控制策略,并基于仿人智能控制算法对控制器进行设计,以实现通过变步长方式寻获系统输入功率最小点、系统工作于最优效率点的目的。
④ 基于 Matlab/Simulink 仿真平台,建立相关仿真模型,仿真结果表明系统效率提升 11%,验证了本文给出的控制策略的有效性。
⑤ 搭建相应实验平台进行实验验证,系统无移相控制作用的效率是 65.5%,加入移相控制后的效率为 77.9%。实验结果表明系统效率有明显改善,验证了所给控制方法对于系统最优效率点跟踪的可行性。
【关键词】无线电能传输;移相控制;最优效率点;仿人智能控制