一种基于无模型自适应控制的无线充电系统功率分配方法

本发明涉及无线电能传输领域，特别是一种基于无模型自适应控制的无线充电系统功率分配方法。

背景技术：

1、无线电能传输技术wpt广泛运用于各个领域：用于智能手机、电动汽车、无人机等设备的无线充电，医疗设备：无线电能传输技术可用于医疗设备的充电，如心脏起搏器、假肢等。电子设备：用于智能家居设备、可穿戴设备、智能手表等的无线充电，为人类的便捷式充电起到了重要作用。

2、对于多功率规格负载的由于不同的负载的功率需求不同，充电时易发生位姿偏转，充电灵活性高，因此对耦合机构的设计及控制方法的要求极高。而现有单发射单接收的无线传能系统对补能双方的对接要求高，鲁棒性差，在充电系统参数发生改变时充电效率极低，充电灵活性低无法满足大范围充电需求，因此其无法完全满足多功率规格负载，可变充电范围的补能需求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种基于无模型自适应控制的无线充电系统功率分配方法。用于解决现有技术中现有无线充电系统无法完全满足多功率规格负载，可变充电范围的补能需求的问题。

2、一种基于无模型自适应控制的无线充电系统功率分配方法，无线充电系统包括两个发射线圈、一个接收线圈和两个高频逆变器，两个所述发射线圈通过两个原级补偿电路分别与两个所述高频逆变器的输出端连接，功率分配方法具体步骤如下：

3、s1：建立所述无线充电系统基于偏格式动态线性化无模型自适应控制的系统功率分配控制器，所述系统功率分配控制器的输入为两个高频逆变器的输入移相角，所述系统变频控制器的输出为系统输出功率；

4、s2：采集系统的期望输出功率，通过基于偏格式动态线性化无模型自适应控制的系统变频控制器对系统两个所述高频逆变器的输入移相角进行控制，使输出功率趋近于期望输出功率。

5、作为优选，步骤s1中构建系统功率分配控制器的具体步骤为：

6、s1.1：构建双发射无线充电系统两个高频逆变器的移相角与系统输出功率的离散时间非线性方程，并构建所述离散时间非线性方程所需满足的条件；

7、s1.2：根据双发射无线充电系统的离散时间非线性方程和所需满足的条件构建偏格式动态线性化数据模型；

8、s1.3：分别设置偏格式动态线性化数据模型的参数估计准则函数和系统输入移相角控制准则函数，通过函数计算系统的无模型自适应控制的估计器参数和两个高频逆变器的移相角参数。

9、作为优选，步骤s1.1中构建双发射无线充电系统两个高频逆变器的移相角与系统输出功率的离散时间非线性方程，并构建所述离散时间非线性方程所需满足的条件的具体步骤为：

10、s1.1.1：构建所述无线充电系统的离散时间非线性方程：

11、vk(k+1)＝f(vk(k),…,vk(k-ny),theta(k),…,theta(k-nu))            (1)

12、式中，theta(k)∈rm为k时刻的系统两个高频逆变器的输出相位角，vk(k)∈rn为k时刻的系统的输出功率，theta(k)∈rm和分别作为vk(k)∈rn系统的输入和输出，ny,nu是两个未知的整数；是未知的非线性函数；

13、s1.2：设定所述离散时间非线性系统满足：f(…)是关于第(ny+2)个变量的每个分量具有连续的偏导数，且满足广义lipschitz条件，即对任意k1≠k2，k1,k2≥0和theta(k1)≠theta(k2)有：

14、||vk(k1+1)-vk(k2+1)||≤b||theta(k1)-vk(k2)||                     (2)

15、式中，vk(ki+1)＝f(vk(ki),…,vk(ki-ny),theta(ki)…,theta(ki-nu))，i＝1、2，b>0是一个常数。

16、作为优选，步骤s1.2中根据双发射无线充电系统的离散时间非线性方程和所需满足的条件构建偏格式动态线性化数据模型的方法为：

17、所述离散时间非线性系统对所有的k均满足||△theta(k)||≠0，所述离散时间非线性系统的偏格式动态线性化数据模型为：

18、

19、式中，φc,l(k)＝[φ1(k)，…，φl(k)]∈rm×ml为系统的伪分块雅可比矩阵ppjm，上标t表示矩阵转置。

20、作为优选，步骤s1.3中设置偏格式动态线性化数据模型的参数估计准则函数，并通过函数计算系统的无模型自适应控制的估计器参数的方法为：

21、根据系统偏格式动态线性化数据模型，给出参数估计准则函数为：

22、

23、式中，μ>0是权重因子；

24、极小化参数估计准则函数，得到改进投影算法为：

25、

26、进一步得到不含矩阵求逆运算的ppjm的参数估计算法为：

27、

28、式中，η∈(0,2]是步长因子。

29、作为优选，步骤s1.3中设置偏格式动态线性化数据模型的系统输入移相角控制准则函数并计算两个高频逆变器的移相角参数的具体方法为：

30、根据偏格式动态线性化数据模型，设置系统输入移相角的控制准则函数：

31、j(theta(k))＝||ref-vk(k+1)||2+λ||theta(k)-theta(k-1)||2        (7)

32、式中，λ>0是权重因子，用于限制控制输入量过大的变化，ref为期望的输出功率，对theta(k)求导，并令其等于零，得到：

33、

34、式中，ρi∈(0,1]，(i＝1,2，…l是加入的步长因子；

35、

36、式中，φij1(1)是的初值，i＝1,2，j＝1，ρ1,ρ2∈(0,1],η∈(0,2],λ>0,μ>0，ρ∈(0,1]。

37、作为优选，所述系统的伪分块雅可比矩阵φc(k)为：

38、

39、式中，φmni(k)为相应的子方阵，m和n分别为发射线圈和接收线圈的数量。

40、作为优选，步骤s2中通过基于偏格式动态线性化无模型自适应控制的系统变频控制器对系统两个所述高频逆变器的输入移相角进行控制的具体方法为：

41、s2.1:采集双发射无线电能传输系统当前k时刻的输出功率vk(k)和k-1时刻的输出功率vk(k-1)，以及当前k时刻系统的两个逆变器的输出移相角theta(k)和k-1时刻系统的输出移相角theta(k-1)，以及k+1时刻系统的期望输出功率ref；

42、s2.2:根据系统的偏格式动态线性化数据模型计算k+1时刻系统输出功率的理论值vk(k+1)：

43、

44、s2.3:对k+1时刻的系统的伪分块雅可比矩阵φc(k+1)进行计算，并根据φc(k+1)与k+1时刻系统的期望输出功率ref和输出功率的理论值vk(k+1)，对k+1时刻系统两个逆变器的移相角进行计算，并根据计算结果对两个逆变器的移相角进行控制；

45、s2.4:采集逆变器移相角调整后系统的输出功率，重新计算估计器参数以及移相角，直到系统输出功率趋近或等于期望输出功率ref。

46、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

47、1、本技术用偏格式动态线性化无模型自适应控制的方式来进行能量通道输入的功率分配及能量通道输出的功率等级适配，进而实现稳定的多功率等级，宽充电范围的双发射单接收的无线电能传输。

48、2、本技术采用偏格式动态线性化无模型自适应控制的方法，在不同功率等级的负载的能量接收线圈在一定范围内的移动及位姿偏转产生互感和耦合系数变化会导致充电功率的波动以及效率的降低时，仅仅依靠系统的i/o数据建立系统的控制模型后，可以解决传统pid无法解决的多变量控制问题，扩展传能空间范围、提升传能的灵活性、达到多功率等级稳定输出的目的。

49、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。