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非接触电能传输系统控制技术研究与实现

作　者: 王小霞
导　师: 孙跃
学　校: 重庆大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 非接触电能传输模糊PID 负载谐振型逆变器环流 DSP
分类号: TM724
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

非接触电能传输(CPT)技术是一种新型的电能传输技术。它综合利用了现代电力电子能量变换技术、磁场耦合技术、大功率高频变换技术,借助了现代控制理论和方法,通过空间电磁耦合,以非接触的方式实现了静止电源系统向用电设备的电能传输。该技术克服了传统的通过导体直接接触供电模式的缺点,并以安全、可靠、灵活等优点在理论和应用方面都得到了迅速地发展。本论文以国家自然科学基金“高效多自由度非接触电能传输系统关键技术研究”为背景,针对CPT系统初级电能变换器的环流问题、主电路控制技术及其相关问题进行了深入地研究。首先介绍了CPT系统主电路及其控制技术的国内外研究现状,分析了系统的基本原理、结构以及各部分的控制要求,阐述了CPT系统采用数字信号处理器(DSP)控制的必要性和优越性,并搭建了基于DSP的CPT控制系统框架。论文主要对DC/DC变换器控制技术和负载并联谐振型逆变器环流问题进行了研究。建立了Buck变换器动态小信号模型,对其开环频率特性进行了分析,提出采用模糊PID控制方法对系统进行控制,设计了控制器并进行了仿真。仿真研究表明,模糊PID控制能更好地实现导轨电流的恒定控制,系统的稳定性、抗干扰能力和动态响应速度都得到了提高。分析了负载并联谐振型逆变器环流产生因素和危害、逆变器工作机理以及环流存在时逆变器的数学模型,指出谐振频率变化和开关管关断延时是导致环流产生的因素,提出采用频率和相位自适应调节法抑制环流,并建立了环流抑制系统的仿真模型。仿真研究表明,该方法能较好地抑制环流,逆变器完全工作在软开关状态,减小了开关损耗,提高了输出电压和电流波形的质量,系统的可靠性、稳定性和传输效率都得到了提高。最后对基于DSP的CPT控制系统的设计作了介绍,包括控制器的选型、控制系统的硬件电路和软件流程。通过实验研究表明,该控制系统可以很好的实现CPT系统的控制目标。

非接触电能传输系统控制技术研究与实现

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