一种谐振式无线充电系统中线圈自感的辨识方法与流程

技术特征：

1.一种谐振式无线充电系统中线圈自感的辨识方法，用以分别获取谐振式无线充电系统中谐振器发射端和接收端的线圈自感，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立无线充电系统中谐振器的等效电路模型并进行简化；

2)根据简化后的等效电路模型建立瞬态状态空间方程，并对系统状态方程进行拉普拉斯变换和双线性离散化，获取最小二乘的矩阵形式；

3)采用最小二乘法对矩阵形式进行估计，获取过程矩阵形式中参数矢量的最小二乘估计值；

4)将参数矢量的最小二乘估计值代入矩阵形式中进行求解，最终得到发射端和接收端的线圈自感。

2.根据权利要求1所述的一种谐振式无线充电系统中线圈自感的辨识方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：

21)选取谐振器的发射端谐振电流i_s、发射端谐振电压v_cs、接收端谐振电流i_D、接收端谐振电压v_CD和滤波电容电压v_c为状态变量，建立瞬态状态空间方程；

22)对瞬态状态空间方程进行拉普拉斯变换求解获取输入电压U_s(s)与接收线圈电流I_d(s)之间的传递函数；

23)对传递函数采用双线性离散的方法进行离散化处理后，并进行反变换后，得到最小二乘的矩阵形式。

3.根据权利要求2所述的一种谐振式无线充电系统中线圈自感的辨识方法，其特征在于，所述的步骤21)中，瞬态状态空间方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dv}}_{cs}}{dt}=\frac{1}{C_s}{i}_s\\ \frac{{\mathrm{di}}_s}{d_t}=-\frac{L_D}{\mathrm{\Δ}}{v}_{CS}-\frac{R_s{L}_D}{\mathrm{\Δ}}{i}_s-\frac{M}{\mathrm{\Δ}}{v}_{CD}-\frac{R_{D}M}{\mathrm{\Δ}}{i}_D-\frac{M}{\mathrm{\Δ}}\mathrm{sgn}\left(i_D\right)v_c+\frac{L_D}{\mathrm{\Δ}}{u}_s\\ \frac{{\mathrm{dv}}_{cD}}{dt}=\frac{1}{C_D}{i}_D\\ \frac{{\mathrm{di}}_D}{d_t}=-\frac{M}{\mathrm{\Δ}}{v}_{CS}-\frac{R_{s}M}{\mathrm{\Δ}}{i}_s-\frac{L_s}{\mathrm{\Δ}}{v}_{CD}-\frac{R_D{L}_s}{\mathrm{\Δ}}{i}_D-\frac{L_s}{\mathrm{\Δ}}\mathrm{sgn}\left(i_D\right)v_c+\frac{M}{\mathrm{\Δ}}{u}_s\\ \frac{{\mathrm{dv}}_c}{d_t}=\frac{1}{C_F}\mathrm{sgn}\left(i_D\right)i_D-\frac{1}{{\mathrm{rC}}_F}{v}_c+\frac{1}{{\mathrm{rC}}_F}{v}_B\end{array}\right.$

Δ＝L_sL_D-M²

其中，C_s为发射端补偿电容，C_D为接收端补偿电容，L_s为发射端线圈电感，L_D为接收端线圈电感，R_s为发射端线圈内阻，R_D为接收端线圈内阻，sgn(·)为符号函数，M为互感，C_F为滤波电容，v_B为充电电池电压，r为充电电池等效电阻，u_s为发射端电压。

4.根据权利要求3所述的一种谐振式无线充电系统中线圈自感的辨识方法，其特征在于，所述的步骤22)中，传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{I_d\left(s\right)}{U_s\left(s\right)}=\frac{a_1{s}^3}{b_1{s}^4+b_2{s}^3+b_3{s}^2+b_{4}s+b_5}$

[a₁]＝[C_dC_sM]

$\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\\ b_4\\ b_5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{C}_d{C}_s{L}_d{L}_s-C_d{C}_s{M}^2\\ C_d{C}_s{L}_s{R}_s+C_d{C}_s{L}_s{R}_d+C_d{C}_s{L}_{s}r\\ C_d{L}_d+C_s{L}_s+C_d{C}_s{R}_d{R}_s+C_d{C}_s{R}_{s}r\\ C_{d}r+C_d{R}_d+C_s{R}_s\\ 1\end{array}\right]$

其中，a₁、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅均为传递函数参量。

5.根据权利要求4所述的一种谐振式无线充电系统中线圈自感的辨识方法，其特征在于，所述的步骤23)中，最小二乘的矩阵形式为：

Z_L＝H_Lθ

Z_L＝[I_d(k) I_d(k+1) … I_d(k+L)]^T

$H_L=\left[\begin{array}{cccccc}-I_d(k-1)& \mathrm{...}& -I_d(k-4)& U_s\left(k\right)& \mathrm{...}& U_s(k-4)\\ -I_d\left(k\right)& \mathrm{...}& -I_d(k-3)& U_s(k+1)& \mathrm{...}& U_s(k-3)\\ .& & .& .& & .\\ .& & .& .& & .\\ .& & .& .& & .\\ -I_d(k+L-1)& \mathrm{...}& -I_d(k+L-4)& U_s(k+L)& \mathrm{...}& U_s(k+L-4)\end{array}\right]$

$\mathrm{\θ}={\left[\begin{array}{cccccc}\frac{n_2}{n_1}& \mathrm{...}& \frac{n_5}{n_1}& \frac{m_1}{n_1}& \mathrm{...}& \frac{m_5}{n_1}\end{array}\right]}^T$

$\left[\begin{array}{c}{m}_1\\ m_2\\ m_3\\ m_4\\ m_5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_1{c}^3\\ -2a_1{c}^3\\ 2a_1{c}^3\\ 2a_1{c}^3\\ a_1{c}^3\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\\ n_3\\ n_4\\ n_5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{b}_1{c}^4+b_2{c}^3+b_3{c}^2+b_{4}c+1\\ -4b_1{c}^4-2b_2{c}^2+2b_{4}c+4\\ 6b_1{c}^4-2b_3{c}^2+6\\ -4b_1{c}^4+2b_2{c}^3-2b_{4}c+4\\ b_1{c}^4-b_2{c}^3+b_3{c}^2-b_{4}c+1\end{array}\right]$

其中，Z_L和H_L为数据矩阵，θ为最小二乘辨识的过程矢量，m₁、m₂、m₃、m₄、m₅、n₁、n₂、n₃、n₄、n₅均为过程变量。