电动汽车无线充电系统输出控制策略研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanyuan814606754
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随着环境问题日益严重,节能减排的需求日益迫切,发展以电动汽车为代表的新能源汽车有重要意义,而充电设施的建设对于电动汽车的发展和推广应用有重大影响。电动汽车无线充电相比有线充电在安全性、便利性等方面有诸多优势,是未来的发展趋势。无线充电系统的输出特性复杂,其自身参数的时变性和不确定性,以及外界的扰动等都会导致输出特性发生显著变化。因此,研究能适应参数变化的输出控制策略具有重要意义。  本文针对电动汽车无线充电系统的输出控制问题进行了研究,确定了移相和调频相结合的逆变器控制方式,设计了基于原边电流估计的鲁棒控制系统,具体的研究工作如下:  首先对控制对象的传输特性进行了研究。利用等效电路原理推导了LCCL阻抗匹配拓扑下系统的电路方程,结合等效电路模型分别分析了电阻负载和电池负载下系统的传输特性,研究了各个变量对系统传输特性的影响。  然后对逆变器控制方式进行了研究。分别分析了逆变器移相控制和调频控制的特性,针对其优缺点和实际系统控制需求,确定了移相和调频结合的方案。上电阶段首先调频至合适的频率点以初步适应功率的需求,而后通过移相控制实现充电过程中输出功率的精细调节。  随后进行了系统控制策略的设计。利用广义状态空间平均法对系统进行了建模,得到了全电路和简化电路的状态空间方程。基于系统的不确定参数,也即互感、负载阻值,在状态空间模型上建立了不确定性模型。基于上述模型,设计了鲁棒H∞控制器,由于控制器阶数较高,简化得到了鲁棒PID控制器,并进行了系统的稳定性分析。  最后利用FPGA作为控制器,搭建了试验平台并完成了实验研究。实验结果表明,移相和调频相结合的输出控制方式具有高精度、宽范围和适应性强的特点,基于原边电流估计的鲁棒控制系统对负载以及互感的摄动具有较好的鲁棒性,能够实现较高的控制精度和较快的动态响应,稳态误差小于2%,动态响应时间小于10ms。
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