CN109104000A - 基于磁耦合共振的单输入多输出控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于磁耦合共振的单输入多输出控制系统，包括：带有驱动模块的发射部分、与之相对设置的接收部分和与接收部分相连的致动反馈模块，其中：发射部分通过与接收部分发生共振传输能量，接收部分将能量转化为信号输出至致动反馈模块，致动反馈模块计算出电流功率传输至发射部分的驱动模块以调整发射功率从而实现闭环控制。本发明提供的了一种无线供能加控制的单输入多输出控制方法，既可以加快控制的速度，又可以减少线的使用，同时无线供能加控制本身也可以减少电路布线，该控制方法可以广泛应用于多驱动输出的系统。

Description

基于磁耦合共振的单输入多输出控制系统和方法
技术领域
本发明涉及的是一种磁耦合共振领域的技术，具体是一种基于磁耦合共振的单输入多输出控制系统和方法。
背景技术
在目前新兴的机器人、机构乃至人工肌肉等应用中，往往内部需要几十个甚至上百个驱动单元，但是目前在控制方面往往还是采用排线或者总线的形式，排线的控制方式占用太多CPU的输入输出口，需要大量连线，布线不方便并且会限制机器人或者机构的工作工件。总线控制方式虽然需要的连线少了，但是占用CPU的资源很多，并且数据采集反馈的速度有限。
接线对于工业方面的限制加速了对无线供电设备的研发，其中一种就是基于磁耦合共振原理。磁耦合共振式的无线充电技术，利用的原理是LC电路共振引起的能量传输，由于其本身的频率选择性，因此有同时供能加控制的潜力，但是现在无线充电的应用还仅仅局限于供电，还没有将这一技术拓展应用于控制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于磁耦合共振的单输入多输出控制系统和方法，通过发射部分通过与接收部分发生共振传输能量，接收部分将能量转化为信号输出至致动反馈模块，致动反馈模块计算出电流功率传输至发射部分的驱动模块以调整发射功率从而实现闭环控制，实现了无线供能加控制的单输入多输出控制方法，既可以加快控制的速度，又可以减少线的使用，该控制方法可以广泛应用于多驱动输出的系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：带有驱动模块的发射部分、与之相对设置的接收部分和与接收部分相连的致动反馈模块，其中：发射部分通过与接收部分发生共振传输能量，接收部分将能量转化为信号输出至致动反馈模块，致动反馈模块计算出电流功率传输至发射部分的驱动模块以调整发射功率从而实现闭环控制。
所述的驱动模块包括：单片机和功放电路，其中：单片机的输出端与功放电路的输出端相连并传输复合信号。
所述的发射部分包括：LC发射电路和发射板地底座，其中：功放电路的输出端与LC发射电路的输入端相连并传输复合信号，LC发射电路设置于发射板地底座下。
所述的接收部分包括：接收板底座和分别设置于其上下的全桥整流与稳压电路和LC接收电路，其中：LC接收电路的输入输出端分别与发射部分和全桥整流与稳压电路相连，全桥整流与稳压电路接收来自LC接收电路的交流信号并转换成直流电输出给致动反馈模块。
所述的致动反馈模块包括：致动器、传感器和蓝牙无线传输电路，其中：传感器设置于致动器内并读出和计算出致动器的输出差，蓝牙无线传输电路接收传感器的输出信号并传输给驱动模块。
所述的接收部分进一步设有用于给蓝牙无线传输电路无线供电的子电路，其中：子电路的输入端与发射部分相连。
所述的发射板地底座上设有用于与接收部分相连的凹槽。
技术效果
与现有技术相比，本发明提供的了一种无线供能加控制的单输入多输出控制方法，既可以加快控制的速度，又可以减少线和控制器资源的使用，同时还能无线供能。而且无线供能加控制本身也可以减少电路布线。该方法可以广泛应用于多驱动输出的系统。
附图说明
图1为发明立体结构示意图；
图2为本发明单片机的复合信号示意图；
图中：单片机1、功放电路2、LC发射电路3、发射板底座4、LC接收电路5、接收板底座6、全桥整流与稳压电路7、致动器(内置传感器)8、STM32微型控制板9、蓝牙无线传输电路10、频率11、幅值12、时间13、发射部分14、接收部分15、致动反馈模块16、驱动模块17、凹槽18、LC回路19、子电路20。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种基于磁耦合共振的单输入多输出控制系统，其中包含：带有驱动模块17的发射部分14、与之相对设置的接收部分15和与接收部分15相连的致动反馈模块16，其中：发射部分14通过与接收部分15发生共振传输能量，接收部分15将能量转化为信号输出至致动反馈模块16，致动反馈模块16计算出电流功率传输至发射部分14的驱动模块17以调整发射功率从而实现闭环控制。
所述的驱动模块17包括：单片机1和功放电路2，其中：单片机1的输出端与功放电路2的输出端相连并传输复合信号。
如图2所示，所述的单片机1为Arduino单片机，复合信号的发射格式中，f1、f2、f3表示复合信号每一个成分的频率11，这些频率要与对应的LC发射电路的固有频率相同。A1、A2、A3表示的是各段频率的幅值12，幅值12大小会影响复合信号中该频率信号所占的比重大小。Δt1、Δt2、Δt3表示的是每个频率11在一个复合信号周期中所占的时间13，该时间13是控制该频率11所占复合信号比重的一个重要参数。各个频率之间的差值要至少大于该这两个频率的共振带宽。
所述的功放电路2包含：IRF540芯片、外围保护电路和调整电路。
所述的发射部分14包括：LC发射电路3和发射板地底座4，其中：功放电路2的输出端与LC发射电路3的输入端相连并传输复合信号，LC发射电路3设置于发射板地底座4下
所述的LC发射电路3包括：若干不同共振频率的LC回路19，频段在10KHz-1MHz之间，共振频率公式为：
所述的接收部分15包括：接收板底座6和分别设置于其上下的全桥整流与稳压电路7和LC接收电路5，其中：LC接收电路5的输入输出端分别与LC发射电路3和全桥整流与稳压电路7相连，全桥整流与稳压电路7接收来自LC接收电路5的交流信号并转换成直流电输出给致动器8和传感器9。
所述的致动反馈模块16包括：致动器(内置传感器)8和STM32微型控制板9，其中：设置于致动器8内的传感器读出和计算出致动器8的输出差，STM32微型控制板9接收致动器的输出信号通过内部运算得出频率时间13的反馈值，输出给蓝牙无线传输电路10。
所述的接收部分15进一步设有用于给蓝牙无线传输电路10无线供电的子电路17。
所述的蓝牙无线传输电路10的供电方式为：单片机1的其他IO口输出一个频率保持不变的方波或者正弦波信号，该频率与其对应的LC发射电路3和LC接收电路4的固有频率相同，从而实现对蓝牙无线传输电路10的供电。
所述的发射板地底座6上设有用于与LC接收电路5相连的凹槽18。
本实施例涉及一种应用于上述系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：单片机发射复合信号经过功放电路放大传输给LC发射电路。
步骤2：LC发射电路频率共振输入给LC接收电路交流信号，全桥整流与稳压电路将交流电转换为直流电传输给致动器与传感器供电。
步骤3：输入的复合信号中每一个频率元素驱动一个致动器，传感器读出致动器实际工作输出与设定工作输出之间的偏差值，STM32微型控制板通过PID算法计算出致动器所需要的输入直流电功率，并换算成该致动器所对应的复合信号中单独频率的时间，然后通过蓝牙无线传输电路传输到单片机上控制输出的复合信号。
步骤4：单片机接收该数据并通过内部算法综合所有单独频率时间后，将复合信号发射出去，通过LC线圈的频率选择特性，在无线供能同时，利用复合信号中的一个频率驱动对应的一个致动器，实现单一信号源驱动多个驱动器，并在该基础上实现整个系统的闭环控制。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种基于磁耦合共振的单输入多输出控制系统，其特征在于，包括：带有驱动模块的发射部分、与之相对设置的接收部分和与接收部分相连的致动反馈模块，其中：发射部分通过与接收部分发生共振传输能量，接收部分将能量转化为信号输出至致动反馈模块，致动反馈模块计算出电流功率传输至发射部分的驱动模块以调整发射功率从而实现闭环控制；
所述的发射部分包括：LC发射电路和发射板地底座，其中：功放电路的输出端与LC发射电路的输入端相连并传输复合信号，LC发射电路设置于发射板地底座下；
所述的接收部分包括：接收板底座和分别设置于其上下的全桥整流与稳压电路和LC接收电路，其中：LC接收电路的输入输出端分别与发射部分和全桥整流与稳压电路相连，全桥整流与稳压电路接收来自LC接收电路的交流信号并转换成直流电输出给致动反馈模块。
2.根据权利要求1所述的单输入多输出控制系统，其特征是，所述的驱动模块包括：单片机和功放电路，其中：单片机的输出端与功放电路的输出端相连并传输复合信号。
3.根据权利要求1所述的单输入多输出控制系统，其特征是，所述的致动反馈模块包括：致动器、传感器和蓝牙无线传输电路，其中：传感器设置于致动器内并读出和计算出致动器的输出差，蓝牙无线传输电路接收传感器的输出信号并传输给驱动模块。
4.根据权利要求1或3所述的单输入多输出控制系统，其特征是，所述的接收部分进一步设有用于给蓝牙无线传输电路无线供电的子电路，其中：子电路的输入端与发射部分相连。
5.根据权利要求1所述的单输入多输出控制系统，其特征是，所述的发射板地底座上设有用于与接收部分相连的凹槽。
6.一种应用于权利要求1-5所述的控制系统的方法，包括以下步骤：
步骤1：单片机发射复合信号经过功放电路放大传输给LC发射电路。
步骤2：LC发射电路频率共振输入给LC接收电路交流信号，全桥整流与稳压电路将交流电转换为直流电传输给致动器与传感器供电。
步骤3：传感器读出致动器实际工作输出与设定工作输出之间的偏差值K，通过PID算法计算出致动器所需要的输入直流电功率，蓝牙无线传输电路接收该数据并传输到单片机上。
步骤4：单片机接收该数据并通过内部算法将所需要的直流电功率转换成复合信号发射出去，从而实现整个系统的闭环控制。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101944780A (zh) * 2009-07-07 2011-01-12 索尼公司 非接触电力接收设备及其接收方法和非接触电力供给系统
CN101965671A (zh) * 2008-01-07 2011-02-02 捷通国际有限公司 具有占空比控制的感应电源
US20120025622A1 (en) * 2010-07-29 2012-02-02 Electronics And Telecommunication Research Institute Wireless power transmitter, wireless power receiver, and method for wireless power transfer using them
CN103314505A (zh) * 2010-11-10 2013-09-18 三星电子株式会社 无线功率传输系统及控制谐振功率的发送和接收的方法
WO2015194889A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 Lg Electronics Inc. Wireless power transfer method, apparatus and system
CN106505750A (zh) * 2013-10-29 2017-03-15 松下电器产业株式会社 无线送电装置
CN107689649A (zh) * 2016-08-04 2018-02-13 通用电气公司 用于对接收器装置充电的系统和方法
CN108390467A (zh) * 2015-07-17 2018-08-10 南京矽力杰半导体技术有限公司 驱动电路、无线电能发射端和应用其的无线供电系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101965671A (zh) * 2008-01-07 2011-02-02 捷通国际有限公司 具有占空比控制的感应电源
CN101944780A (zh) * 2009-07-07 2011-01-12 索尼公司 非接触电力接收设备及其接收方法和非接触电力供给系统
US20120025622A1 (en) * 2010-07-29 2012-02-02 Electronics And Telecommunication Research Institute Wireless power transmitter, wireless power receiver, and method for wireless power transfer using them
CN103314505A (zh) * 2010-11-10 2013-09-18 三星电子株式会社 无线功率传输系统及控制谐振功率的发送和接收的方法
CN106505750A (zh) * 2013-10-29 2017-03-15 松下电器产业株式会社 无线送电装置
WO2015194889A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 Lg Electronics Inc. Wireless power transfer method, apparatus and system
CN108390467A (zh) * 2015-07-17 2018-08-10 南京矽力杰半导体技术有限公司 驱动电路、无线电能发射端和应用其的无线供电系统
CN107689649A (zh) * 2016-08-04 2018-02-13 通用电气公司 用于对接收器装置充电的系统和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FUXIN LIU: "A Multi-Frequency Superposition Methodology to Achieve High Efficiency and Targeted Power Distribution for Multi-Load MCR WPT System", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 *

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