基于最小二乘法的感应电能传输系统负载识别方法技术方案

为了建立高效、可靠、稳定的感应电能传输系统，并且实现系统最高效率跟踪控制，本发明专利技术公开一种基于最小二乘法的感应电能传输系统负载识别方法，利用最小二乘法对系统过程参数进行辨识，通过过程参数向量及负载间的线性关系完成对负载识别，将直接对负载识别问题转换为了对系统参数辨识问题，算法简单，计算方便，对特征参数的采样要求较低，同时能够满足实际应用要求。

【技术实现步骤摘要】
基于最小二乘法的感应电能传输系统负载识别方法
本专利技术涉及感应电能传输(Inductivepowertransfer)技术，简称IPT技术，尤其涉及一种基于最小二乘法的感应电能传输系统负载识别方法。
技术介绍
感应电能传输技术是一种借助高频电磁场将电能从电源端耦合到负载端的电能传输新技术。IPT技术理论及其关键技术的深入研究，推动了IPT技术在电动车充/供电、电子产品充/供电、生物医电以及照明系统等诸多领域的广泛应用。由于系统负载的变化，源自能量接收端(副边电路)的反射阻抗会在能量发射端(原边电路)有着相应的变化，使得原边电路的固有频率发生漂移，从而不再与工作频率匹配。这将导致系统偏离软开关工作点，从而影响系统的功率传输能力，增加开关损耗以及EMI。此外，当负载变化，系统需根据当前负载情况调整输出能量模式，实现系统的最高效率跟踪控制。现有技术中，文献[1-3]基于系统的能量模型，从能量守恒角度建立方程，完成对负载的辨识，此类方法仅需采集较少状态变量便可完成负载辨识。文献[4]在初始时刻给系统注入能量，随后使其自由振荡，通过推导出原边电流衰减率与负载之间的关系完成负载辨识，但不是一种稳态条件下的负载辨识策略。参考文献：[1]DaiXin,SunYue,TangChunsen,etal.Dynamicparametersidentificationmethodforinductivelycoupledpowertransfersystem[C].SustainableEnergyTechnologies(ICSET),2010IEEEInternationalConferenceon,Kandy,2010:1-5.[2]戴欣,王智慧,唐春森,等.感应电能传输系统参数辨识与恒流控制[J].重庆大学学报,2011,(4).[3]Zhi-huiWang,XiaoLv,YueSun,etal.Asimpleapproachforloadidentificationincurrent-fedinductivepowertransfersystem[C].PowerSystemTechnology(POWERCON),2012IEEEInternationalConferenceon,Auckland,2012:1-5.[4]Zhi-huiWang,Yu-PengLi,YueSun,etal.LoadDetectionModelofVoltage-FedInductivePowerTransferSystem[J].PowerElectronics,IEEETransactionson,2013,28(11):5233-5243.
技术实现思路
为了建立高效、可靠、稳定的感应电能传输系统，并且实现系统最高效率跟踪控制，本专利技术提供一种基于最小二乘法的感应电能传输系统负载识别方法,该方法利用最小二乘法完成对系统过程参数的辨识，通过过程参数向量及负载间的线性关系完成对负载的辨识，将直接对负载辨识的问题转换为了对系统参数辨识的问题，降低负载辨识时的采样要求。为达到上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种基于最小二乘法的感应电能传输系统负载识别方法，其关键在于按照以下步骤进行：步骤1：根据感应电能传输系统的拓扑结构构建系统的等效电路模型，该等效电路模型包括原边逆变器输出的方波电流源iac，原边谐振电容Cp以及原边谐振电容电压up，原边线圈Lp以及原边线圈电流ip，副边谐振电容Cs以及副边谐振电容电压us，副边线圈Ls以及副边线圈电流is，副边等效电阻R1；步骤2：选取原边逆变器输出的方波电流iac以及原边线圈电流ip作为状态变量，构建系统状态差分方程；步骤3：根据系统状态差分方程得到系统的数据矩阵和过程参数向量；步骤4：利用最小二乘法对过程参数向量进行估计；步骤5：利用过程参数向量与系统参数之间的线性关系进行分解变换，得到系统的负载信息；所述系统参数包括原边谐振电容值Cp、原边线圈电感值Lp、副边谐振电容电容值Cs、副边线圈电感值Ls、副边等效电阻值R1、原边线圈Lp与副边线圈Ls之间的互感值M、采样周期T。针对PS结构的电流型IPT系统而言，感应电能传输系统的原边采用并联谐振回路，副边采用串联谐振回路，则步骤2所构建的系统状态差分方程为：其中的系数且c＝2/T，Ip(k)表示原边线圈电流ip在第k个采样点的值，Iac(k)表示原边逆变器输出的方波电流iac在第k个采样点的值。根据步骤2所构建的系统状态差分方程得到的系统的数据矩阵：过程参数向量：且：ΖL＝HLθ＝[Ip(k)Ip(k+1)…Ip(k+L)]T，L表示需要构建的状态方程的个数。结合最小二乘算法，步骤4中按照对过程参数向量θ进行最小二乘估计，其中ΗTL表示数据矩阵ΗL的转置。为了便于运算，数据矩阵HL为9×9的方阵，L的取值为9。结合统计分布，利用过程参数向量与系统参数之间的线性关系进行分解变换，可以得到9个副边等效电阻辨识值，求其期望值作为所述副边等效电阻R1。本专利技术的显著效果是：利用最小二乘法对系统过程参数进行辨识，通过过程参数向量及负载间的线性关系完成对负载识别，将直接对负载识别问题转换为了对系统参数辨识问题，算法简单，计算方便，对特征参数的采样要求较低，能够满足实际应用要求。附图说明图1是具体实施例中PS结构的电流型IPT系统电路原理图；图2是图1的等效电路模型；图3是原边谐振电流及逆变电流的仿真波形图；图4是原边谐振电流及逆变电流的实测波形图；图5是具体实施例中负载识别结果的分布直方图；图6是本专利技术的实用数据分析图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。如图1所示，PS结构的电流型IPT系统，该系统由原边电路以及副边电路两个独立部分所组成。在原边部分，直流电压源Edc提供整个系统的电能输入，Ldc为滤波电感，Edc与Ldc串联可近似视为电流源并在稳态时产生近似恒定电流idc。开关管S1～S4构成原边高频逆变电路，两组开关管S1，S4及S2，S3轮流导通将DC激励电流idc逆变成为高频方波电流iac，原边电容Cp、原边线圈Lp构成原边并联谐振电路；在副边部分，副边电容Cs、副边线圈Ls构成副边串联谐振电路，开关管D1～D4以及滤波电容C构成副边整流电路，将高频交流电压转为直流电压uo作用于负载RL上。M为耦合电感Lp、Ls之间互感，Rp、Rs分别为电感Lp、Ls串联等效电阻。针对这样的IPT系统而言，其负载识别按照以下方式进行：步骤1：根据感应电能传输系统的拓扑结构构建系统的等效电路模型，该等效电路模型包括原边逆变器输出的方波电流源iac，原边谐振电容Cp以及原边谐振电容电压up，原边线圈Lp以及原边线圈电流ip，副边谐振电容Cs以及副边谐振电容电压us，副边线圈Ls以及副边线圈电流is，副边等效电阻R1；如图1所示的电路结构，对于原边电路，电压源Edc产生直流电压流经滤波电感Ldc，通过高频逆变电路后输出近似方波的电流iac；对于副边电路，带有滤波电容C的整流电路与负载RL并联时可等效为负载Req，等效负载Req的阻抗由式(1)给出：Req＝8/π2RL≈0.81RL(1)因此可得到如图2所示的等效电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最小二乘法的感应电能传输系统负载识别方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：根据感应电能传输系统的拓扑结构构建系统的等效电路模型，该等效电路模型包括原边逆变器输出的方波电流源iac，原边谐振电容Cp以及原边谐振电容电压up，原边线圈Lp以及原边线圈电流ip，副边谐振电容Cs以及副边谐振电容电压us，副边线圈Ls以及副边线圈电流is，副边等效电阻R1；步骤2：选取原边逆变器输出的方波电流iac以及原边线圈电流ip作为状态变量，构建系统状态差分方程；步骤3：根据系统状态差分方程得到系统的数据矩阵和过程参数向量；步骤4：利用最小二乘法对过程参数向量进行估计；步骤5：利用过程参数向量与系统参数之间的线性关系进行分解变换，得到系统的负载信息；所述系统参数包括原边谐振电容值Cp、原边线圈电感值Lp、副边谐振电容电容值Cs、副边线圈电感值Ls、副边等效电阻值R1、原边线圈Lp与副边线圈Ls之间的互感值M、采样周期T。

【技术特征摘要】
1.一种基于最小二乘法的感应电能传输系统负载识别方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：根据感应电能传输系统的拓扑结构构建系统的等效电路模型，该等效电路模型包括原边逆变器输出的方波电流源iac，原边谐振电容Cp以及原边谐振电容电压up，原边线圈Lp以及原边线圈电流ip，副边谐振电容Cs以及副边谐振电容电压us，副边线圈Ls以及副边线圈电流is，副边等效电阻R1；步骤2：选取原边逆变器输出的方波电流iac以及原边线圈电流ip作为状态变量，构建系统状态差分方程；步骤3：根据系统状态差分方程得到系统的数据矩阵和过程参数向量；步骤4：利用最小二乘法对过程参数向量进行估计；步骤5：利用过程参数向量与系统参数之间的线性关系进行分解变换，得到系统的负载信息；所述系统参数包括原边谐振电容Cp的电容值、原边线圈Lp的电感值、副边谐振电容电容Cs的电容值、副边线圈Ls的电感值、副边等效电阻R1的电阻值、原边线圈Lp与副边线圈Ls之间的互感值M、采样周期T；当感应电能传输系统的原边采用并联谐振回路，副边采用串联谐振回路时，步骤2所构建的系统状态差分方程为：其中的系数且c＝2/T，Ip(k)表示原边线圈电流ip在第k个采样点的值，Iac(k)表示原边逆变器输出的方波电流iac在第k个采样点的值，Rp...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏玉刚，陈龙，王智慧，戴欣，唐春森，孙跃，叶兆虹，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85