CN110103740A - 一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法 - Google Patents
一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110103740A CN110103740A CN201910424478.XA CN201910424478A CN110103740A CN 110103740 A CN110103740 A CN 110103740A CN 201910424478 A CN201910424478 A CN 201910424478A CN 110103740 A CN110103740 A CN 110103740A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuzzy
- control
- voltage
- output
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
- B60L53/12—Inductive energy transfer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
- B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/12—Electric charging stations
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
Abstract
本发明公开了一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法,属于电动汽车无线充电技术领域。该控制方法包括发射端和接收端两边同时控制,发射端对PFC变换器采用滑模PID控制,接收端对DC‑DC变换器采用模糊算法控制,通过无线通信模块实现信息交互。本发明能够实现对系统资源的合理分配,减少电网谐波提升电能质量,节省了电能传输过程中的电能损耗,减少了漏磁,提高系统传输效率,保证电动汽车动态充电的稳定性,改善安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车无线充电技术领域,特别是涉及一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法。
背景技术
随着全球气候变暖、空气污染及石化能源储量下降等问题日益严重,人们开始寻求可取代传统汽车的方式,解决环境污染等问题的有效方法。电动汽车作为一种新能源汽车具有着低碳、无污染、环保清洁等优点,作为新能源汽车未来的重要发展方向。目前,电动汽车存在容易造成电池污染、续航能力差、单次充电时间要求较长等问题,在充电过程中耗费大量时间,同时其充电过程中存在着一定的安全隐患。
电动汽车无线供电技术,作为一种新兴的电动汽车电能实时补给技术给电动汽车的发展带来了诸多便利。相比传统的有线充电方式,电动汽车无线充电系统具有操作方便、用户体验好、节省空间、不受雨雪等不良天气影响等优点,能够对电动汽车充电技术的发展起到重要的推进作用。
电动汽车无线充电系统分为静态无线充电(又称驻车无线充电)和动态无线充电(移动式无线充电)两类。后者能够在电动汽车运行过程中实现边走边充,进而显著减少动力电池的携带量,具有广阔的应用前景。
电动汽车动态无线充电技术(Dynamic Wireless Charge,DWC)通过移动充电解决续航里程短、充电频繁、车载电池负载大等问题,然而由于该技术研究起步较晚,存在着系统参数设计困难,整体效率偏低以及系统工作频率稳定性等问题,所以还需要对该技术进行进一步的研究以满足实用化要求。
电动汽车无线供电系统运行过程中车身位置和速度的动态变化性,引起的导轨自感变化、耦合线圈偏移等问题也给电动汽车无线供电系统的控制带来了困难,导致系统传输效率不高,大大增加了系统的损耗,降低了系统的能量有效供给,提高了应用推广成本。因此,迫切需要一套有效可行的控制方案来解决多种因素影响下的电动汽车无线供电系统所遇到的控制问题。
发明内容
本发明针对电动汽车无线供电系统在运行过程中,由于车身位置和速度的动态变化性,引起的导轨自感变化、耦合线圈偏移,导致功率波动造成电能损耗,系统充电效率降低的问题,本发明提出一种安全性高、漏磁小、电能损耗小、性能稳定的电动汽车无线动态充电控制系统控制方法,可实现对系统资源的合理分配,提高系统传输效率,改善产品体验、安全性与可靠性。
为了解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法,该控制方法包括发射端和接收端两边同时控制,发射端对PFC变换器采用滑模PID控制,接收端对DC-DC变换器采用模糊算法控制,通过无线通信模块实现信息交互。
进一步地发射端对PFC变换器的滑模PID控制方法,包括以下步骤:
步骤1:将接收端的负载电压反馈到发射端,比较参考电压得到参考电压误差作为滑模控制器中数字PID控制电压外环的输入量,经比例、积分、微分运算后输出标准信号,经调压器转换成电流信号输出,此电流作为滑模内环控制的参考电流;
步骤2:将采集PFC变换器得到的输出电流比较经数字PID外环调节得到的参考电流,得到电流误差作为滑模内环控制的输入量,通过滑模内环电流控制,得到滑模内环控制输出量,而后计算等效控制函数,转换为PFC变换器的占空比d,得到PFC变换器调节驱动信号。
进一步地,步骤1中的数字PID控制电压外环控制方法,包括以下步骤:
S1.1:初始化输出信号控制量和初始化控制偏差值;
S1.2:电压检测电路实时采样负载电压vo,并通过滑模PID控制器与模糊控制器通过无线通信模块实时传递vo的值,进而输出给比较器得到当前采样周期的电压误差值e;
S1.3:电压误差值e将通过比例、积分、微分运算得到Kp、Ki、Kd,后经过累加运算输出调节信号输出至调压器,输出电流信号作为滑模内环控制的参考电流iref。
进一步地,步骤2中的滑模内环电流控制方法,包括以下步骤:
S2.1:电流检测电路实时采样PFC变换器输出电流is,输出给比较器得到当前采样周期的电压误差值e;
S2.2:对于PFC变换器,可以确定状态输入变量x,
其中,x1和x2分别为输出电流误差和输出电流误差变化率;
在状态输入变量方程组代入PFC变换器模型,再求对时间的导数得到PFC变换器滑模控制设计所需的状态空间方程;
其中,和为输出电流误差和输出电流误差变化率的导数,Zp为原边线圈总阻抗,Cp和Lp为PFC变换器的电容和电感,u为控制输出量,p(t)为扰动;
p(t)=-ω2Iinmaxsin(ωt)+(Iinmax-Vinmax)ωcos(ωt) (3)
其中,ω为工频电网频率,Iinmax和Vinmax为PFC变换器的瞬态输入电流和瞬态输入电压最大值;
设计线性组合的滑模面,确定滑模面方程为:
其中,α1、α2为滑模系数;
为了保证滑模状态的存在,必须满足局部可达性条件,
其中,为状态轨迹变化率,
S2.3:设计滑模控制律,令求解得到等效控制函数为
其中,ueq为等效控制量,ueq连续且0<ueq<1,K表示增益系数;
将等效控制函数变换为占空比d,其中得出如下的控制信号vc和斜波信号即为滑模控制器的控制律,可用于PWM控制器的实际实现,其表达式为
进一步地,接收端对DC-DC变换器采用模糊算法控制方法,包括以下步骤:
步骤1,信号采样;
步骤2,输入量的模糊化;
步骤3,建立模糊规则并模糊推理;
步骤4,输出量的去模糊化。
进一步地,步骤1中的信号采样具体为:
电压检测电路实时采样负载电压的负载电压vo,通过比较器得到当前采样周期的电压误差值e并予以记录,然后将e与上一采样周期的电压误差值进行比较得到误差偏差值ec。
进一步地,步骤2中的输入量的模糊化具体为:
将电压误差和电压误差变化量作为输入量确定为模糊子集,建立三角隶属度函数,以极差的方式表述隶属度,分别表述出e和ec的隶属度函数。
在模糊控制单元内将e和ec乘以相应的量化因子后转换为相应的模糊语言变量E和EC:
其中,<>代表取整运算,eH表示高限值,eL表示低限值,ke和kec表示电压误差和电压误差变化率的量化因子。
进一步地,步骤3中的建立模糊规则并模糊推理具体为:
用模糊条件语句对隶属度函数进行模糊描述,模糊控制器的控制规则是由一组彼此间通过“或”的连接关系连接起来的模糊条件语句来描述的,其中每一条模糊条件语句,当输入、输出语言变量在各自论域上反应各语言值的模糊子集为已知时,都可以表达为论域集上的模糊关系。
进一步地,步骤4中的输出量的去模糊化具体为:
模糊控制器接受模糊输入量,经过模糊逻辑推理,最终得到被控数据量的模糊控制量;根据输出变量模糊子集分布采用最大隶属度法从输出变量模糊子集合中选出隶属度最大的一个模糊子集并将此模糊子集映射为模糊语言变量,乘以比例因子后得到输出控制变量u的精确值;由于模糊控制量不能直接用于被控对象的控制,被控对象的控制变量必须为精确控制量,所以,采用重心法对隶属度函数进行去模糊化,再转化输出量为占空比d以控制DC-DC变换器调节副边功率。
本发明具有的优点在于:
1、在发射端存在线圈偏移和传输距离等原因导致的耦合系数不稳定,而使负载接收功率不稳定的情况下,本发明的电动汽车无线动态充电控制系统通过在双边控制不同的电力电子装置,调整发射功率大小、发射线圈打开时刻及负载接收功率大小;在发射端采用滑模控制和数字PID控制组成的双环控制,对PFC变换器进行控制,实现单位功率因数的校正;接收端采用模糊算法控制DC-DC变换器实现负载的功率调控。本发明的电动汽车无线动态充电控制系统能够实现对系统资源的合理分配,减少电网谐波提升电能质量,节省了电能传输过程中的电能损耗,减少了漏磁,提高系统传输效率,保证电动汽车动态充电的稳定性,改善安全性和可靠性。
2、采用在PFC变换器采集输出电流和负载输入电压作为原边双环控制器的输入参数,可以准确计算出电动汽车的位置和偏移情况,有效控制输出功率大小,提升传输效率。
3、发射端采用的滑模PID的双环控制不仅能保证期望的指标,而且具有较好的鲁棒性。
4、接收端的功率调节使得负载在偏移情况下仍能够保持传输功率,提高了整体功率传输。
5、通过发射端和接收端组成的双边控制,保证了无线充电系统的稳定性和可靠性。
6、在充电过程中不需要人工进行操作,由车辆检测控制器自动根据控制算法执行发射线圈的打开和关闭,提高了充电的便捷性与充电效率。
附图说明
图1为本发明的电动汽车无线动态充电控制系统的结构示意图;
图2为本发明的发射端控制器的结构示意图;
图3为本发明的发射端滑模PID双环控制方法示意图;
图4为本发明的接收端控制器的结构示意图;
图5为本发明的接收端模糊控制方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚和清楚,下面将结合具体实施例并参考附图来清楚和完整地描述本发明实施例中的技术方案。应当注意,本发明的所述实施例是说明性的,但是这不是对本发明的限制,因此本发明不限于上述实施例。基于本发明原理,凡是本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其它实施方式,均视为在本发明的保护之内。
参见如图1,电动汽车无线动态充电控制系统,包括安装路面上的发射端和安装在电动汽车上的接收端。
其中,图1上侧虚线框内的部分是电动汽车无线动态充电控制系统的发射端,图1下侧虚线框内的部分是电动汽车无线动态充电控制系统的接收端。其中,无线通信模块连接滑模控制器和模糊控制器,实现原边和副边的信息交互,滑模PID控制器控制PFC变换器调整发射线圈供能,模糊控制器控制DC-DC变换器调整负载电池的接收功率。
本发明的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,该控制方法包括发射端和接收端两边同时控制,发射端对PFC变换器采用滑模PID控制,接收端对DC-DC变换器采用模糊算法控制,通过无线通信模块实现信息交互。
如图2,发射端PFC变换器控制采用的双环控制策略是以滑模控制对PFC变换器输出电流的控制作为内环,以数字PID控制对系统输出电压的控制作为外环,利用外环电压误差控制信号和输出滤波电感电流状态反馈方案得到控制电流,通过内环滑模控制来调节PFC变换器输出电流,使系统输出电压跟踪参考值,滑模电流内环控制与数字PID电压外环控制相结合的综合控制系统,以实现PFC变换器高性能的单位功率因数校正功能。
其中,滑模控制参数获得包括获取PFC变换器的系统参数,通过状态空间平均建模方式,建立PFC变换器的状态方程和输出方程,并根据PFC变换器的状态方程和输出方程,建立PFC变换器小信号模型。通过对PFC变换器小信号模型进行拉普拉斯变换,得到当前工作状态下的PFC变换器占空比至输出电压的传递函数,并根据PFC变换器占空比至输出电压的传递函数,得到PFC变换器的静态状态平均方程和静态输出方程。根据PFC变换器当前工作状态下的静态状态平均方程和静态输出方程,结合获取到的PFC变换器的系统参数数值,确定PFC变换器当前的工作状态。其中,PFC变换器换器的运行参数包括:PFC变换器变换器的输入侧电源电压、PFC变换器的输出侧电源电压、PFC变换器的输入侧电源内阻、PFC变换器的输出侧电源内阻。
如图3,发射端对PFC变换器的滑模PID控制方法,具体步骤包括以下几步:
步骤1:将接收端的负载电压反馈到发射端,比较参考电压得到参考电压误差作为滑模控制器中数字PID控制电压外环的输入量,经比例(P)、积分(I)、微分(D)运算后输出标准信号,经调压器转换成电流信号输出,此电流作为滑模内环控制的参考电流,电压外环的设计目的是稳定输出电压。
S1.1:初始化输出信号控制量和初始化控制偏差值,在开始控制时,由于负载电压还没有通过无线通信模块反馈其采样值,首先对控制量和控制偏差值进行初始化;
S1.2:信号采样:电压检测电路实时监测负载电池得到负载电压的模拟输出电压,通过ADC单元转换为数字信号vo,并通过滑模PID控制器与模糊控制器通过无线通信模块实时传递vo的值,进而输出给比较器,比较器将vo与给定的数字参考电压信号vref进行比较vref-vo,得到当前采样周期的电压误差值e并予以记录,比较器输出电压误差值e至PID电压外环控制单元;
S1.3:计算当前量:在PID电压外环控制单元内,e将通过比例、积分、微分运算得到Kp、Ki、Kd,而后经过累加运算后,PID控制单元输出调节信号输出至调压器,输出电流信号作为滑模内环控制的参考电流iref;
S1.4:重复执行步骤S1.2~S1.3,PID控制单元实时进行运算,实现外环电流信号实时传递。
步骤2:将采集PFC变换器的输出电流比较经数字PID外环调节得到的参考电流,得到电流误差作为滑模内环控制的输入量,通过滑模内环电流控制,得到滑模内环控制输出量,而后计算等效控制函数,转换为PFC变换器的占空比d,得到PFC变换器调节驱动信号。
S2.1:信号采样:电流检测电路实时监测PFC变换电路得到输出电流的模拟输出电流is,通过ADC单元转换为数字信号is输出给比较器,比较器将is与PID控制单元输出的参考电流信号iref进行比较iref-is,得到当前采样周期的电流误差值e并予以记录,比较器输出电流误差值e至滑模内环电流控制单元;
S2.2:对于PFC变换器,可以确定状态输入变量x,
其中,x1和x2分别为输出电流误差和输出电流误差变化率。由滑模系数可以得到斜率为K=α1/α2的一条滑模流形线,并且这条滑模流形线可以将相平面分成两个部分,每个部分分别对应一种控制函数,系统的相轨迹在滑模的控制作用下向着设置的滑动流形线移动,并且当系统的控制量到达滑动流形上之后它的轨迹将沿着这条线向着原点移动(系统的平衡位置),当到达原点的时候即x1=0、x2=0时,可以认为系统是稳定的。
在状态输入变量方程组代入PFC变换器模型,再求对时间的导数得到变换器滑模控制设计所需的状态空间方程。
其中,和为输出电流误差和输出电流误差变化率的导数,Zp为原边线圈总阻抗,Cp和Lp为PFC变换器的电容和电感,u为控制输出量,p(t)为扰动。
p(t)=-ω2Iinmaxsin(ωt)+(Iinmax-Vinmax)ωcos(ωt) (3)
其中,ω为工频电网频率,Iinmax和Vinmax为PFC变换器的瞬态输入电流和瞬态输入电压最大值。
设计线性组合的滑模面,确定滑模面方程为:
其中,α1、α2为滑模系数。通过迫使S=0,即可获得滑动面,整个滑模控制过程可分为两个阶段,即到达阶段和滑动阶段,无论初始位置如何,在满足到达条件的情况下,控制都将执行控制决策,驱使状态变量的轨迹向滑动面收敛。当轨迹与滑动面的的距离小到一定距离时,变换器就进入滑动,在满足存在条件和稳定条件的情况下,轨迹与滑动面的距离保持在某一较小范围内,同时向期望的参考点收敛。当系统进入滑模状态后,理想的等效轨迹为S=0,它决定了系统的动态特性,其设计方法是选择合适的滑动系数。
为了保证滑模状态的存在,必须满足局部可达性条件,
其中,为状态轨迹变化率,
在滑模状态存在时,将存在两种情况:
(1)情况1:S→0+,u=1
(2)情况2:S→0-,u=0
S2.3:设计滑模控制律,令求解得到等效控制函数为
其中,ueq为等效控制量,ueq连续且0<ueq<1,K表示增益系数。
将等效控制函数变换为占空比d,其中得出如下的控制信号vc和斜波信号即为滑模控制器的控制律,可用于PWM控制器的实际实现,其表达式为
S2.4:重复执行步骤S2.1~S2.3,滑模控制器实时改变PFC变换器的占空比d,实现发射端实时调节。
如图4,接收端控制采用模糊算法控制DC-DC变换器实现电压调控,在模糊理论的基础上,根据电压检测电路检测到负载电压信号,利用计算机技术,经过模糊推理决定出最佳的控制策略,转换输出信号为占空比控制DC-DC变换器实现电压调控,提高传输效率和鲁棒性,减少电能损耗,提高电池寿命。
如图5,接收端对DC-DC变换器采用模糊算法控制方法,具体步骤包括以下几步:
步骤1,信号采样:电压检测电路实时监测负载电池得到负载电压的模拟输出电压vo,通过ADC单元转换为数字信号vo,进而输出给比较器,比较器将vo与给定的数字参考电压信号vref进行比较vref-vo,得到当前采样周期的电压误差值e并予以记录,然后将e与上一采样周期的电压误差值进行比较得到误差偏差值ec。
步骤2,输入量的模糊化:将电压误差e和电压误差变化量ec作为输入量确定为模糊子集,建立三角隶属度函数,以极差的方式表述隶属度,分别表述出e和ec的隶属度函数。
在模糊控制单元内将e和ec乘以相应的量化因子后转换为相应的模糊语言变量E和EC:
其中,<>代表取整运算,eH表示高限值,eL表示低限值,ke和kec表示电压误差和电压误差变化率的量化因子。
根据输入变量模糊子集分布判断输入变量所属的模糊子集合和相应的隶属度(输入变量模糊子集分布的输入变量隶属函数采用三角形隶属函数)定义7个模糊子集,分别为:负大(NB)NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)七种情况。
步骤3,建立模糊规则并模糊推理:用模糊条件语句对隶属度函数进行模糊描述,模糊控制器的控制规则是由一组彼此间通过“或”的连接关系连接起来的模糊条件语句来描述的,其中每一条模糊条件语句,当输入、输出语言变量在各自论域上反应各语言值的模糊子集为已知时,都可以表达为论域集上的模糊关系。
通过DC-DC变换器的输出响应曲线建立相应的模糊规则,将DC-DC变换器输出响应曲线主要分为4种类型情况,分别为第一类型情况(输出电压小于且趋向参考电压)、第二类型情况(输出电压大于且趋向参考电压)、第三类型情况(输出电压小于且偏离参考电压)、第四类型情况(输出电压大于且偏离参考电压),分别制定对应各个阶段的模糊规则来确定DC-DC变换器的调节控制量u,具体为:
若e>0且ec>0时,输出电压小于且趋向参考电压,处于输出响应曲线的第一类型情况,需要提高占空比对电容充电,提高输出电压,则需要导通升压电路。
若e<0且ec>0时,输出电压大于且趋向参考电压,处于输出响应曲线的第二类型情况,需要降低占空比对电容充电,降低输出电压,则需要导通降压电路。
若e>0且ec<0时,输出电压小于且偏离参考电压,处于输出响应曲线的第三类型情况,需要提高占空比对电容充电,提高输出电压,则需要导通升压电路。
若e<0且ec<0时,输出电压大于且偏离参考电压,处于输出响应曲线的第四类型情况,需要降低占空比对电容充电,降低输出电压,则需要导通降压电路。
步骤4,输出量的去模糊化。模糊控制器接受模糊输入量,经过模糊逻辑推理,最终得到被控数据量的模糊控制量。
根据输出变量模糊子集分布采用最大隶属度法从输出变量模糊子集合中选出隶属度最大的一个模糊子集并将此模糊子集映射为模糊语言变量,乘以比例因子后得到输出控制变量u的精确值。
由于模糊控制量不能直接用于被控对象的控制,被控对象的控制变量必须为精确控制量,所以,采用重心法对隶属度函数进行去模糊化,再转化输出量为占空比d以控制DC-DC变换器调节副边功率。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例,本领域技术人员将会明白,可以对其作出各种改变和替换,而不会脱离本发明的精神。另外,可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义,而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以,本发明不受限于在此披露的特定实施例,但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。
Claims (9)
1.一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,
该控制方法包括发射端和接收端两边同时控制,发射端对PFC变换器采用滑模PID控制,接收端对DC-DC变换器采用模糊算法控制,通过无线通信模块实现信息交互。
2.根据权利要求1所述的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,发射端对PFC变换器的滑模PID控制方法,包括以下步骤:
步骤1:将接收端的负载电压反馈到发射端,比较参考电压得到参考电压误差作为滑模控制器中数字PID控制电压外环的输入量,经比例、积分、微分运算后输出标准信号,经调压器转换成电流信号输出,此电流作为滑模内环控制的参考电流;
步骤2:将采集PFC变换器得到的输出电流比较经数字PID外环调节得到的参考电流,得到电流误差作为滑模内环控制的输入量,通过滑模内环电流控制,得到滑模内环控制输出量,而后计算等效控制函数,转换为PFC变换器的占空比d,得到PFC变换器调节驱动信号。
3.根据权利要2所述的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,步骤1中的数字PID控制电压外环控制方法,包括以下步骤:
S1.1:初始化输出信号控制量和初始化控制偏差值;
S1.2:电压检测电路实时采样负载电压vo,并通过滑模PID控制器与模糊控制器通过无线通信模块实时传递vo的值,进而输出给比较器得到当前采样周期的电压误差值e;
S1.3:电压误差值e将通过比例、积分、微分运算得到Kp、Ki、Kd,后经过累加运算输出调节信号输出至调压器,输出电流信号作为滑模内环控制的参考电流iref。
4.根据权利要求2所述的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,步骤2中的滑模内环电流控制方法,包括以下步骤:
S2.1:电流检测电路实时采样PFC变换器输出电流is,输出给比较器得到当前采样周期的电压误差值e;
S2.2:对于PFC变换器,可以确定状态输入变量x,
其中,x1和x2分别为输出电流误差和输出电流误差变化率;
在状态输入变量方程组代入PFC变换器模型,再求对时间的导数得到PFC变换器滑模控制设计所需的状态空间方程;
其中,和为输出电流误差和输出电流误差变化率的导数,Zp为原边线圈总阻抗,Cp和Lp为PFC变换器的电容和电感,u为控制输出量,p(t)为扰动;
p(t)=-ω2Iinmaxsin(ωt)+(Iinmax-Vinmax)ωcos(ωt) (3)
其中,ω为工频电网频率,Iinmax和Vinmax为PFC变换器的瞬态输入电流和瞬态输入电压最大值;
设计线性组合的滑模面,确定滑模面方程为:
其中,α1、α2为滑模系数;
为了保证滑模状态的存在,必须满足局部可达性条件,
其中,为状态轨迹变化率,
S2.3:设计滑模控制律,令求解得到等效控制函数为
其中,ueq为等效控制量,ueq连续且0<ueq<1,K表示增益系数;
将等效控制函数变换为占空比d,其中得出如下的控制信号vc和斜波信号即为滑模控制器的控制律,可用于PWM控制器的实际实现,其表达式为
5.根据权利要求1所述的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,接收端对DC-DC变换器采用模糊算法控制方法,包括以下步骤:
步骤1,信号采样;
步骤2,输入量的模糊化;
步骤3,建立模糊规则并模糊推理;
步骤4,输出量的去模糊化。
6.根据权利要求5所述的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,步骤1中的信号采样具体为:
电压检测电路实时采样负载电压的负载电压vo,通过比较器得到当前采样周期的电压误差值e并予以记录,然后将e与上一采样周期的电压误差值进行比较得到误差偏差值ec。
7.根据权利要求5所述的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,步骤2中的输入量的模糊化具体为:
将电压误差和电压误差变化量作为输入量确定为模糊子集,建立三角隶属度函数,以极差的方式表述隶属度,分别表述出e和ec的隶属度函数。
在模糊控制单元内将e和ec乘以相应的量化因子后转换为相应的模糊语言变量E和EC:
其中,<>代表取整运算,eH表示高限值,eL表示低限值,ke和kec表示电压误差和电压误差变化率的量化因子。
8.根据权利要求5所述的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,步骤3中的建立模糊规则并模糊推理具体为:
用模糊条件语句对隶属度函数进行模糊描述,模糊控制器的控制规则是由一组彼此间通过“或”的连接关系连接起来的模糊条件语句来描述的,其中每一条模糊条件语句,当输入、输出语言变量在各自论域上反应各语言值的模糊子集为已知时,都可以表达为论域集上的模糊关系。
9.根据权利要求5所述的电动汽车无线动态充电系统的控制方法,其特征在于,步骤4中的输出量的去模糊化具体为:
模糊控制器接受模糊输入量,经过模糊逻辑推理,最终得到被控数据量的模糊控制量;根据输出变量模糊子集分布采用最大隶属度法从输出变量模糊子集合中选出隶属度最大的一个模糊子集并将此模糊子集映射为模糊语言变量,乘以比例因子后得到输出控制变量u的精确值。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910424478.XA CN110103740B (zh) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910424478.XA CN110103740B (zh) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110103740A true CN110103740A (zh) | 2019-08-09 |
CN110103740B CN110103740B (zh) | 2021-01-15 |
Family
ID=67491303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910424478.XA Active CN110103740B (zh) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110103740B (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110712539A (zh) * | 2019-10-12 | 2020-01-21 | 南通大学 | 一种电动汽车用电驱重构型充电机滑模控制方法 |
CN110936827A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-31 | 中兴新能源汽车有限责任公司 | 无线充电系统、无线充电控制方法及汽车无线充电装置 |
CN111016719A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-17 | 江南大学 | 利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法 |
CN111152670A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-15 | 北京有感科技有限责任公司 | 动态充电方法 |
CN111983461A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-11-24 | 武汉数值仿真技术研究院有限公司 | 一种用于纯电动车辆的锂离子电池充电稳定性测试方法 |
CN112918400A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 观致汽车有限公司 | 电动汽车的控制方法、系统及电动汽车 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140306654A1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-10-16 | Mojo Mobility, Inc. | System and method for powering or charging receivers or devices having small surface areas or volumes |
CN105186717A (zh) * | 2015-10-19 | 2015-12-23 | 厦门新页科技有限公司 | 一种基于铅酸电池的高效率无线充电系统 |
CN107914596A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-17 | 三峡大学 | 基于无线电能传输的电动汽车充电系统 |
CN208376542U (zh) * | 2018-06-20 | 2019-01-15 | 桂林电子科技大学 | 一种电动汽车动态无线充电控制系统 |
CN208401604U (zh) * | 2018-06-20 | 2019-01-18 | 桂林电子科技大学 | 一种电动汽车的动态无线充电装置 |
CN109278570A (zh) * | 2018-10-11 | 2019-01-29 | 湖北师范大学 | 一种节能电磁导航智能车、控制系统及控制方法 |
-
2019
- 2019-05-21 CN CN201910424478.XA patent/CN110103740B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140306654A1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-10-16 | Mojo Mobility, Inc. | System and method for powering or charging receivers or devices having small surface areas or volumes |
CN105186717A (zh) * | 2015-10-19 | 2015-12-23 | 厦门新页科技有限公司 | 一种基于铅酸电池的高效率无线充电系统 |
CN107914596A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-17 | 三峡大学 | 基于无线电能传输的电动汽车充电系统 |
CN208376542U (zh) * | 2018-06-20 | 2019-01-15 | 桂林电子科技大学 | 一种电动汽车动态无线充电控制系统 |
CN208401604U (zh) * | 2018-06-20 | 2019-01-18 | 桂林电子科技大学 | 一种电动汽车的动态无线充电装置 |
CN109278570A (zh) * | 2018-10-11 | 2019-01-29 | 湖北师范大学 | 一种节能电磁导航智能车、控制系统及控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
赵金萍: "高效率电动汽车无线充电系统的研究与设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110712539A (zh) * | 2019-10-12 | 2020-01-21 | 南通大学 | 一种电动汽车用电驱重构型充电机滑模控制方法 |
CN112918400A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 观致汽车有限公司 | 电动汽车的控制方法、系统及电动汽车 |
CN112918400B (zh) * | 2019-12-06 | 2022-11-15 | 观致汽车有限公司 | 电动汽车的控制方法、系统及电动汽车 |
CN110936827A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-31 | 中兴新能源汽车有限责任公司 | 无线充电系统、无线充电控制方法及汽车无线充电装置 |
CN111016719A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-17 | 江南大学 | 利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法 |
CN111016719B (zh) * | 2019-12-20 | 2021-07-27 | 江南大学 | 利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法 |
CN110936827B (zh) * | 2019-12-20 | 2022-04-29 | 中兴新能源汽车有限责任公司 | 无线充电系统、无线充电控制方法及汽车无线充电装置 |
CN111152670A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-15 | 北京有感科技有限责任公司 | 动态充电方法 |
CN111152670B (zh) * | 2019-12-24 | 2021-06-08 | 北京有感科技有限责任公司 | 动态充电方法 |
CN111983461A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-11-24 | 武汉数值仿真技术研究院有限公司 | 一种用于纯电动车辆的锂离子电池充电稳定性测试方法 |
CN111983461B (zh) * | 2020-07-20 | 2023-02-10 | 武汉数值仿真技术研究院有限公司 | 一种用于纯电动车辆的锂离子电池充电稳定性测试方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110103740B (zh) | 2021-01-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110103740A (zh) | 一种电动汽车无线动态充电系统的控制方法 | |
CN107863880B (zh) | 一种图腾柱pfc的全数字控制方法及装置 | |
CN108683229B (zh) | 一种电动汽车无线充电副边输出控制系统及其控制方法 | |
CN106553557B (zh) | 应用于混合动力电动汽车的复合电源及功率分配控制方法 | |
CN103001463B (zh) | 开关电源控制器及包含该开关电源控制器的开关电源 | |
CN108169576A (zh) | 一种移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法 | |
CN103576734B (zh) | 一种双环控制自适应电压调节方法及装置 | |
CN105391299B (zh) | Buck变换器单一策略模型预测控制方法 | |
Bizon | Efficient fuel economy strategies for the Fuel Cell Hybrid Power Systems under variable renewable/load power profile | |
CN109921504A (zh) | 车载混合储能系统及其非线性鲁棒自适应功率控制方法 | |
CN110341508B (zh) | 电动汽车动态无线充电负载预测控制方法 | |
CN108776244A (zh) | 电子负载 | |
CN103501018B (zh) | 基于模糊算法和dsp的混合储能系统及功率平滑方法 | |
CN109217664B (zh) | 一种boost电路模拟负载单元的模糊PI控制方法 | |
CN112688307B (zh) | 一种交直流混合微电网控制器及控制方法 | |
CN112436501B (zh) | 一种直流微电网多储能单元的改进均衡控制方法 | |
Cao et al. | Model-free power control of front-end PFC AC/DC converter for on-board charger | |
CN112564252A (zh) | 半主动式混合储能系统及其模型预测能量控制方法 | |
CN107404232A (zh) | 一种双向dc‑dc变换器 | |
CN110190753A (zh) | 一种直流变换器状态反馈模型预测控制方法 | |
CN109245318A (zh) | 一种集成四端口混合储能装置及其控制方法 | |
CN113691158B (zh) | 一种基于v2g的两级式双向变换器分数阶控制方法 | |
CN104836426B (zh) | 一种二次谐波电流补偿器及其控制方法 | |
CN106300961A (zh) | Cuk变换器的滑模电流控制器及控制方法 | |
CN106849053B (zh) | 一种车载复合电源功率分配滑膜变结构控制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |