與接觸式供電相比，感應(yīng)電能傳輸(inductive power transfer, IPT)技術(shù)具有無(wú)磨損、維護(hù)成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[1]，受到了廣泛的關(guān)注。其中，動(dòng)態(tài)IPT系統(tǒng)能為運(yùn)動(dòng)的負(fù)載進(jìn)行實(shí)時(shí)供電，在電動(dòng)汽車[2-3]、單軌物流分揀[4]、自動(dòng)導(dǎo)引小車[5]等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
在單軌動(dòng)態(tài)IPT系統(tǒng)中，由于分揀小車電機(jī)的負(fù)載變化范圍大，對(duì)系統(tǒng)輸出動(dòng)態(tài)性能要求高，因此需要對(duì)輸出進(jìn)行控制。常見的控制策略有原邊控制、副邊控制以及原副邊控制。其中原邊控制需要額外的檢測(cè)電路，控制器計(jì)算量大[6-8]。原副邊控制依賴原副邊的實(shí)時(shí)通信反饋，延時(shí)高[9-11]。在物流分揀場(chǎng)合不易實(shí)施。因此常在副邊側(cè)加入DC-DC變換器進(jìn)行調(diào)控[12-16]。
現(xiàn)有的副邊控制，多只針對(duì)后級(jí)穩(wěn)壓器進(jìn)行IPT設(shè)計(jì)，通過(guò)IPT優(yōu)化算法或使用非線性控制方法來(lái)提高特定工況下的系統(tǒng)輸出特性。如：文獻(xiàn)[14] 通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化算法，改善了IPT系統(tǒng)在耦合條件、負(fù)載和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化時(shí)的恒壓性能。文獻(xiàn)[15]通過(guò)線性自抗擾恒壓輸出控制算法，優(yōu)化了IPT系統(tǒng)啟停、跟隨參考、變負(fù)載的調(diào)節(jié)時(shí)間與超調(diào)量。文獻(xiàn)[16]通過(guò)動(dòng)態(tài)IPT設(shè)計(jì)后級(jí)Buck變換器的滑�？刂破�，解決了各負(fù)載之間互相擾動(dòng)的問(wèn)題。這些控制策略雖然提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但在IPT設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮了后級(jí)DC-DC變換器，存在負(fù)載調(diào)節(jié)范圍小、變負(fù)載工況輸出擾動(dòng)大的問(wèn)題。而在實(shí)際中，整流橋電流會(huì)發(fā)生斷續(xù)、諧振電路的寄生參數(shù)不可忽略。在負(fù)載大范圍變化時(shí)，DC-DC變換器輸入電壓會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)，這使得IPT系統(tǒng)輸出動(dòng)態(tài)性能進(jìn)一步惡化。因此在IPT設(shè)計(jì)控制策略時(shí)，需要考慮DC-DC變換器前級(jí)電路的影響。
為此，本文在考慮副邊整流橋與諧振電路的影響的前提下，提出動(dòng)態(tài)IPT系統(tǒng)后級(jí)穩(wěn)壓器的小信號(hào)模型修正方法，分別對(duì)動(dòng)態(tài)IPT系統(tǒng)后級(jí)穩(wěn)壓變小信號(hào)模型的低頻段增益和中頻段諧振峰頻率進(jìn)行修正，使其表達(dá)地更為準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上，論文針對(duì)因負(fù)載變化導(dǎo)致的整流電壓波動(dòng)，提出加入整流電壓前饋環(huán)節(jié)的改進(jìn)控制策略。最后搭建了1000W單軌動(dòng)態(tài)IPT系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了理論分析的IPT系統(tǒng)正確性和控制策略的有效性。
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