CN114237058A - 一种考虑负载摄动的ipt系统控制设计方法及系统 - Google Patents

一种考虑负载摄动的ipt系统控制设计方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法及系统。该方法包括步骤：基于IPT系统的负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型，用标称系统传递函数和用于描述负载不确定范围的负载加权系数来描述负载摄动GSSA模型的系统传递函数，其中标称系统传递函数是IPT系统负载为额定负载时对应的系统传递函数，求解负载加权系数；构建基于H∞鲁棒控制器、负载加权系数的系统控制模型，根据负载加权系数求解H∞鲁棒控制器的控制表达式。本发明可以在不同负载条件下均能保持较好的鲁棒性能。

Description

一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法及系统
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域，更具体地，涉及一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法及系统。
背景技术
感应式电能传输（Inductive Power Transfer，IPT）技术由于其无线缆连接的供电方式，整体系统更加便捷、灵活以及可靠，使得其对用电环境的兼容性更强，已经延伸到了诸多电力传能领域，诸如电动汽车、医疗设备以及轨道交通等。一个典型的IPT系统如图1所示，逆变器将直流供电转换成高频交流电，基于原副边线圈的耦合机制，进行能量的无线传输，再通过整流滤波将电能供给至负载，为了实现能量的高效传递，原副边线圈均会与谐振补偿网络相连接。
由于IPT系统由多个电感、电容、逆变器以及整流器构成，本身是一个强非线性的高阶系统，系统的输出特性对负载摄动以及外部干扰十分敏感。在实际的应用场合中，干扰无处不在，并且充电对象具有随机性也使得实际的负载电阻值处于摄动变化的状态。考虑到负载摄动与外界干扰对系统造成的不利影响，构造一个具有稳定输出特性的系统十分重要。
目前现有的稳定系统输出特性的方法主要包括：补偿网络结构设计、耦合器设计、优化参数设计以及控制技术。例如，有些现有技术中分析了串联-串联、并联-并联、串联-并联以及并联-串联这4种基本的补偿网络结构，以及它们的衍生补偿结构，在谐振条件下，不同的补偿结构具有与负载解耦的恒压或恒流特性，但在实际系统中为保证逆变器的软开关，系统的工作频率会略微偏离谐振工作点使得负载的变化对系统恒压或恒流特性具有一定影响，此外系统参数的变化也会使系统的恒压或恒流输出值偏离期望设定。有些现有技术中针对耦合器进行优化设计，通过对耦合器结构的优化，使得线圈在发生偏移的情况下，稳态恒压或恒流输出的波动被控制在期望范围内。还有些现有技术中提出了基于摄动模型与智能算法相结合的参数优化方法，使得参数在大范围摄动情况下，系统的输出电压增益变化率仅为6.7%。
尽管上述方法能在一定程度上缓解参数变化带来的冲击，但系统的恒压或恒流输出特性依然不够好，无法维持恒定且准确的稳态输出。参数的摄动会改变系统的当前状态，使得系统开环性能下降甚至失去稳定性，并且输出的波动也会对充电设备带来不可预期的危害。相较而言，控制技术能够更有效解决系统稳定输出特性的问题。并且随着数学与计算机技术的发展越来越多的控制技术已经进入了实际的IPT系统应用场合并获得了显著的效果。其中鲁棒控制由于考虑了系统鲁棒稳定性与鲁棒性，在参数摄动的情况下具有更好的控制效果。目前针对IPT系统使用的最为广泛的鲁棒控制技术主要为基于u分析的鲁棒控制器设计与基于H∞理论的鲁棒控制器设计。u分析控制器能够更好兼顾系统的鲁棒稳定性与鲁棒性，但其产生的控制器均在10阶以上，不利于实际应用的实现；相较于与u分析，基于H∞理论的鲁棒控制器具有更加简单的求解过程与更低的控制器阶数，更适用于实际应用，但由于H∞控制器针对的是定参数系统，当负载出现摄动的情况下，控制器的控制性能会随负载值的变化而改变，无法保证在不同负载条件下的鲁棒性能。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法及系统，可以在不同负载条件下均能保持较好的鲁棒性能。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，包括步骤：
基于IPT系统的负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型，用标称系统传递函数和用于描述负载不确定范围的负载加权系数来描述负载摄动GSSA模型的系统传递函数，其中标称系统传递函数是IPT系统负载为额定负载时对应的系统传递函数，求解负载加权系数；
构建基于H∞鲁棒控制器、负载加权系数的系统控制模型，根据负载加权系数求解H∞鲁棒控制器的控制表达式。
进一步地，负载摄动GSSA模型的系统传递函数的表达式为：
G=G n (1+ΔW t )
G为负载摄动GSSA模型的系统传递函数，G n 为标称系统传递函数，Δ为归一化不确定性，W t 为负载加权系数。
进一步地，所述求解负载加权系数包括步骤：
选取负载摄动范围内的多个阻值，计算每个阻值在不同频率下的系统传递函数，根据每个阻值在不同频率下的系统传递函数计算得到每个阻值在不同频率下的子加权系数；
根据选取的多个阻值的子加权系数，得到负载加权系数。
进一步地，利用选取的多个阻值的子加权系数进行线性拟合，得到负载加权系数。
进一步地，子加权系数的计算公式为：
W ti (jω)=G i (jω)/G n (jω)-1
W ti (jω)为系统负载阻值为i且角频率为ω时的子加权系数，G i (jω)为系统负载阻值为i且角频率为ω时的系统传递函数，G n (jω)为角频率为ω时的标称系统传递函数，j为虚数单位。
进一步地，系统控制模型中还包括防止控制器饱和的加权系数、以及描述系统外部干扰特性的加权系数。
进一步地，系统控制模型表示为：
Figure 432278DEST_PATH_IMAGE001
其中u为系统期望输入直流电压值，
Figure 818260DEST_PATH_IMAGE002
为选择的评价输出，Z 1、Z 2、Z 3分别用于评价系统的输出抗干扰特性、控制器抗饱和特性、系统抗参数摄动特性；W p 为描述系统外部干扰特性的加权系数，W u 为防止控制器饱和的加权系数，W t 为系统负载加权系数，分别用于描述系统外部干扰、控制器输入以及系统参数摄动的频率特性，G n 为标称系统传递函数，d为系统外部干扰。
进一步地，将求解的H∞鲁棒控制器的控制表达式利用Hanker范数近似法得到H∞鲁棒控制器的低阶控制表达式。
进一步地，所述基于IPT系统的负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型包括步骤：
基于广义状态空间平均法建立IPT系统的GSSA模型；
设定IPT系统的负载摄动范围；
根据GSSA模型和负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型。
按照本发明的第二方面，提供了一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计系统，包括：
建模模块，用于基于负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型，用标称系统传递函数和用于描述负载不确定范围的负载加权系数来描述负载摄动GSSA模型的系统传递函数，其中标称系统传递函数是IPT系统负载为额定负载时对应的系统传递函数，求解负载加权系数；
控制器求解模块，用于构建基于H∞鲁棒控制器、负载加权系数的系统控制模型，根据负载加权系数求解H∞鲁棒控制器的控制表达式。
总体而言，本发明与现有技术相比，具有有益效果：可以在不同负载条件下均能保持较好的鲁棒性能。具体表现在：（1）由于控制器在设计过程中考虑负载摄动，使得系统在负载摄动条件下具有比较一致的幅频特性以及带宽，使得控制器即便在负载条件改变的情况下，依然能够保持较好的动态跟踪性能；（2）在负载摄动条件下，系统对干扰的频率特性始终保持较好的高通滤波特性，使得低频干扰无法通过系统达到输出端，干扰输出稳态值。
附图说明
图1是本发明实施例的IPT系统示例图；
图2是本发明实施例的IPT系统控制设计方法的原理图；
图3是本发明实施例的H∞控制器控制框图；
图4是本发明实施例的双边LCC-IPT系统电路图；
图5是本发明实施例的双边LCC-IPT系统的等效电路模型；
图6是本发明实施例的负载摄动下系统幅频特性曲线；
图7是本发明实施例的乘性加权系数幅频特性曲线；
图8是本发明实施例的负载摄动GSSA模型框图；
图9是本发明实施例的标准闭环系统示意图；
图10是本发明实施例的重构闭环系统示意图；
图11是本发明实施例的H∞等效控制框图；
图12是本发明实施例的广义被控对象结构框图；
图13是本发明实施例的闭环系统结构框图；
图14是本发明实施例的闭环系统参考电压-输出电压传递函数幅频特性；
图15是本发明实施例的闭环系统外部干扰-输出电压传递函数幅频特性；
图16是本发明实施例的系统负载为20Ω时进行100V输出电压跟随仿真图；
图17是本发明实施例的系统负载为40Ω时进行100V输出电压跟随仿真图；
图18是本发明实施例的系统负载为80Ω时进行100V输出电压跟随仿真图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法的原理如图2所示。首先依据实际应用需求确定无线传能系统的补偿拓扑、系统参数以及工作频率。基于选定的IPT系统建立其GSSA模型，即广义状态空间平均模型，并提前设定负载摄动范围。基于负载摄动的频域分析，建立系统的乘性不确定性负载摄动GSSA模型并利用分段拟合的方式求解描述负载摄动的加权函数。依据小增益原理将摄动模型的鲁棒稳定性问题转换为标准的H∞抗干扰问题，并结合传统H∞控制设计过程中描述低频干扰以及防止控制器饱和的加权函数，重新构建广义被控对象的标准框图。最后对广义被控对象进行控制器求解，求解出最终的H∞控制器对系统实现闭环控制。
最终设计出的控制器通过对前端高频逆变器进行移相控制，实现系统在负载摄动和外界干扰情况下的恒定电压或者电流输出。以双边LCC无线传能系统为例，其系统控制框图如图3所示，针对恒压/恒流输出特性，将输出电压/输出电流通过传感器采集并经过数模转换后，形成离散输入信号y(k)传送到DSP单元，将输入信号与提前设定好的参考电压V ref (k)信号作差形成误差信号e(k)作为控制器的输入量，在DSP单元内执行控制器运算，计算出控制器输出信号u(k)并经过换算计算出移相角，基于计算出的移相角产生四路移相脉冲信号驱动逆变器完成移相控制，达到稳定输出电压/输出电流的目的。
本发明实施例的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，包括步骤：
S1，基于IPT系统的负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型，用标称系统传递函数和用于描述负载不确定范围的负载加权系数来描述负载摄动GSSA模型的系统传递函数，其中标称系统传递函数是IPT系统负载为额定负载时对应的系统传递函数，求解负载加权系数；
S2，构建基于H∞鲁棒控制器、负载加权系数的系统控制模型，根据负载加权系数求解H∞鲁棒控制器的控制表达式。
本发明适用于各种类型的IPT系统，其原理都是类似的。下文以双边LCC-IPT系统的恒压特性控制器设计为例，描述具体控制器的设计过程。
下面具体说明S1的优选实现方式。S1包括子步骤S11至S13。
S11，基于广义状态空间平均法建立IPT系统的GSSA模型。
典型的双边LCC-IPT系统如图4所示，为提高系统的整体传输效率，系统参数满足如下谐振关系：
Figure 332418DEST_PATH_IMAGE003
(1)
Figure 196469DEST_PATH_IMAGE004
(2)
Figure 745262DEST_PATH_IMAGE005
(3)
Figure 51214DEST_PATH_IMAGE006
(4)
其中，ω 0 为系统的谐振角频率，其与谐振频率f 0 的关系为ω 0 =2πf 0 。U dc 、I in 分别为系统的输入电压、输入电流，U R 、I out 分别为系统的输出电压、输出电流。L p 与L s 分别为原副边线圈的自感，M为耦合线圈的互感系数。L 1 、C 1 、C p 构成了原边补偿网络，L 1 为原边补偿网络的电感，C 1 为原边补偿网络里的并联电容，C p 为原边补偿网络里的串联电容，C s 、C 2 、L 2 构成了副边补偿网络，L 2 为副边补偿网络的电感，C 2 为副边补偿网络里的并联电容，C s 为副边补偿网络里的串联电容。T 1、T 2、T 3、T 4构成了逆变器。D 1、D 2、D 3、D 4、C f 构成了整流模块。
为获取系统的状态空间方程，建立系统的等效电路模型，如图5所示。为简化系统拓扑，将补偿电容C p 与线圈自感L p 进行串联等效，等效后的等效电感为L eq.p ，将补偿电容C s 与线圈自感L s 进行串联等效，等效后的等效电感为L eq.s 。其中i L1 、i p 、i s 、i L2 依次分别为逆变器输出电流、发射线圈电流、接收线圈电流与整流器输入电流，R L 为系统等效负载。根据基尔霍夫定律可以列写出对应的电压电流方程为：
Figure 787089DEST_PATH_IMAGE007
（5）
本公式及后文中，变量上标’均表示对该变量进行微分。本公式中，U dc 为逆变器输入电压，S(t)为描述逆变器行为的开关函数，u C1 为一次侧并联补偿电容电压，u C2 表示副边并联补偿电容电压，S r (t)表示描述整流器行为的开关函数, u cf 为滤波电容电压，C f 为滤波电容值。
对上式进行变换获得系统的偏微分方程描述如下式所示：
Figure 720410DEST_PATH_IMAGE008
（6）
其中，ζ=L eq.p *L eq.s -M 2 。因逆变器与整流器的存在，式(6)描述的模型为非线性模型。由于IPT系统谐振网络的存在，系统对高频谐波具有较好的滤波效果，基于广义状态空间平均（GSSA）法，利用零阶与一阶傅里叶级数近似代替电路中的电压、电流以及开关函数，对上式进行变化，最终获得系统的线性模型G，也即GSSA模型，如下式所示。
Figure 123709DEST_PATH_IMAGE009
（7）
其中u为系统的输入直流电压U dc ，y为系统的输出直流电压U R ，x为系统的状态变量，表示如下：
Figure 117073DEST_PATH_IMAGE010
（8）
式中，Re表示对对应参数取实部，Im表示对对应参数取虚部，<> 1表示变量的一次傅里叶级数，<> 0表示变量的零次傅里叶级数，例如Re<i L1 > 1 表示逆变器输出电流一次傅里叶级数的实部。
A、B、C为系统状态空间系数矩阵，其值如下所示：
Figure 340244DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 811677DEST_PATH_IMAGE012
。
由式（7）可获得系统的传递函数G(s)表达如下：
Figure 69483DEST_PATH_IMAGE013
（8）
式中，s为复参量，也称为复频率，I为13×13阶单位矩阵。
S12，设定IPT系统的负载摄动范围。
可以看出随着负载的变化会使得系统系数矩阵A发生改变，影响系统的传递函数G (s)，从而改变系统在固定输入时的稳态输出值及达到稳态前的动态响应。在实际工作过程中，可以合理估计负载的变化范围，这样避免了实时对负载进行辨识工作，设置负载变化范围是R 1 到R 2 ，其中R 1 为负载下界，R 2 为负载上界，便可依据负载变化获得负载摄动条件下的系统幅频特性曲线。实际应用中可依据充电负载特性确定上下界电阻值，在一个实施例中取R 1 =10Ω，R 2 =80Ω。
S13，根据GSSA模型和负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型。
负载摄动GSSA模型的是指考虑了负载摄动的系统广义状态空间平均模型。
计算获得双边LCC-IPT系统幅频特性曲线如图6所示。图6中，每一条曲线代表负载R L 为10-80Ω之间某一阻值时系统对应传递函数的幅频特性曲线。可以看出，在负载阻值摄动时，系统中低频段内的幅频特性随负载变化差生了较大的波动，从而影响系统的信号跟踪能力，为获取能够描述系统负载摄动的加权函数，将系统额定负载下的负载阻值作为标称值R n ，负载等于标称值的系统称为标称系统，在本例中取R n =20Ω，作为系统的负载标称值，此时系统传递函数为标称传递函数G n 。
利用乘性不确定性表征负载摄动GSSA模型，在一个实施例中，负载摄动GSSA模型的系统传递函数的表达式为G=G n (1+ΔW t )，G为负载摄动GSSA模型的系统传递函数，G n 为标称系统传递函数。其中Δ为归一化不确定性且满足
Figure 233748DEST_PATH_IMAGE014
，W t 是用来描述负载不确定范围的负载加权系数。其表达式如式（9）所示。
Figure 209794DEST_PATH_IMAGE015
（9）
其中，W t (jω)为系统角频率为ω时的负载加权系数，G s (jω)为系统角频率为ω时的系统传递系数，G n (jω)为系统角频率为ω时的标称系统传递函数。
基于图6所示的频域分析，可以计算出不同负载条件下，各频率点系统幅频特性与标称传递函数幅频特性的差异值记为W ti (jω)=G i (jω)/G n (jω)-1，W ti (jω)为系统负载阻值为i且角频率为ω时的子加权系数，G i (jω)为系统负载阻值为i且角频率为ω时的系统传递函数，G n (jω)为角频率为ω时的标称系统传递函数，j为虚数单位。同一阻值条件下不同频率点处的W ti (jω)就形成了该负载条件下的子加权系数W ti 。由于G为包含所有摄动负载点的集合，ΔW t 的幅频特性曲线即为所有负载摄动条件下，各个子加权系数W ti 的集合，因此结合式（8）和（9）可以通过计算有限个负载阻值点对应的子加权系数W ti 再通过线性拟合的方式获得覆盖所有子加权系数的最佳曲线来最大程度拟合W t 。
为平衡系统负载摄动GSSA模型建立过程中的准确性和保守性，选取负载摄动范围内的多个阻值，计算每个阻值在不同频率下的系统传递函数，根据每个阻值在不同频率下的系统传递函数计算得到每个阻值在不同频率下的子加权系数；根据选取的多个阻值的子加权系数，得到负载加权系数。具体是利用选取的多个阻值的子加权系数进行线性拟合，得到负载加权系数W t 。
图7中虚线表示不同负载阻值条件下的子加权系数W ti ，实线则为通过线性拟合方式得到的覆盖计算获得的所有子加权系数的最佳曲线W t 。其拟合表达式如下所示：
Figure 953759DEST_PATH_IMAGE016
（10）
其中，s为复参量，也称为复频率，e为10的乘方算子，例如e04表示104。
可以看出在1-104rad/s的中低频频段内，加权系W t 的幅值均大于子加权系数，满足式（9），由此便从频域角度求解出了描述系统负载摄动的加权系数W t ，进而得到摄动GSSA模型，其框图如图8所示。
下面具体说明S2的优选实现方式。
本节将基于建立的摄动GSSA模型建立广义被控对象并进行控制器求解。
对图8所示的摄动GSSA模型加入控制器形成标准闭环框图，如图9所示，其中Z与W分别为归一化不确定性的输入与输出，Vref为系统的设定参考电压，在抗干扰分析过程中假定系统参考电压为0。进行框图重构得到图10所示的重构闭环系统。对于图10所示的M-Δ结构，基于小增益原理，闭环系统稳定的条件为系统M（s）的无穷范数
Figure 331651DEST_PATH_IMAGE017
，而M（s）又是从W到Z的传递函数，因此图10可转换为图11，即在假定干扰d的作用下，干扰到构造的评价输出Z之间的传递函数的无穷范数小于1，从而将带不确定的摄动系统的稳定性问题转换为了标准的不带不确定性的H∞抗干扰问题，从而将描述负载摄动的加权函数加入进了控制器设计过程中。
在考虑参数摄动的基础上，加入防止控制器饱的加权系数以及描述外部干扰频率特性的，构成了完整的系统控制模型，即广义被控对象，如图12所示。
系统控制模型表示为：
Figure 401238DEST_PATH_IMAGE018
其中u为系统期望输入直流电压值，
Figure 864580DEST_PATH_IMAGE019
为选择的评价输出，Z 1、Z 2、Z 3分别用于评价系统的输出抗干扰特性、控制器抗饱和特性、系统抗参数摄动特性；W p 为描述系统外部干扰特性的加权系数，W u 为防止控制器饱和的加权系数，W t 为系统负载加权系数，分别用于描述系统外部干扰、控制器输入以及系统参数摄动的频率特性，G n 为标称系统传递函数，d为系统外部干扰。
W p 与W u 的选取可依据控制器特性以及外部干扰特性选取。在一个实施例中，选取W p 及W u 如下式所示：
Figure 677816DEST_PATH_IMAGE020
（11）
将建立的广义被控对象代入MATLAB Robust工具箱进行H∞控制器求解，求解出的控制器相对阶数较大。利用Hanker范数近似法降阶得到低阶控制器应用到实际系统中。本发明实施例中求解出的控制器为16阶，利用Hanker范数近似后得到4阶控制器K，其表达式如下所示：
Figure 910214DEST_PATH_IMAGE021
上述K是在特定系统参数和负载范围下的表达式示例，在不同系统参数条件下计算出的结果是不同的，但是该方法具有通用性。
基于计算出的H∞控制器，针对图13所示的闭环系统进行频域分析。
分别计算出从参考电压到系统输出的传递函数T Vref-y ，从外部干扰到系统输出的传递函数T d-y ，并获得其幅频特性曲线如图14、图15所示。
从图14可以看出，由于控制器在设计过程中考虑负载摄动，使得闭环系统在负载摄动条件下具有比较一致的幅频特性以及带宽，使得控制器即便在负载条件改变的情况下，依然能够保持较好的动态跟踪性能。
从图15可以看出，在负载摄动条件下，系统对干扰的频率特性始终保持较好的高通滤波特性，使得低频干扰无法通过系统达到输出端，干扰输出稳态值。
针对建立的闭环系统，分别在20Ω、40Ω以及80Ω进行跟随100V输出电压的闭环仿真，其结果分别如图16-18所示。
由图16-18可以看出，在H∞控制器作用下，闭环系统在负载电阻偏离标称值时，依然能够保持较好的控制性能，输出电压均能在10ms内跟踪上设定参考电压。
本发明实施例的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计系统，包括：
建模模块，用于基于负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型，用标称系统传递函数和用于描述负载不确定范围的负载加权系数来描述负载摄动GSSA模型的系统传递函数，其中标称系统传递函数是IPT系统负载为额定负载时对应的系统传递函数，求解负载加权系数；
控制器求解模块，用于构建基于H∞鲁棒控制器、负载加权系数的系统控制模型，根据负载加权系数求解H∞鲁棒控制器的控制表达式。
系统的实现原理、技术效果与上述方法类似，此处不再赘述。
必须说明的是，上述任一实施例中，方法并不必然按照序号顺序依次执行，只要从执行逻辑中不能推定必然按某一顺序执行，则意味着可以以其他任何可能的顺序执行。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，包括步骤：
基于IPT系统的负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型，用标称系统传递函数和用于描述负载不确定范围的负载加权系数来描述负载摄动GSSA模型的系统传递函数，其中标称系统传递函数是IPT系统负载为额定负载时对应的系统传递函数，求解负载加权系数；
构建基于H∞鲁棒控制器、负载加权系数的系统控制模型，根据负载加权系数求解H∞鲁棒控制器的控制表达式。
2.如权利要求1所述的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，负载摄动GSSA模型的系统传递函数的表达式为：
G=G n (1+ΔW t )
G为负载摄动GSSA模型的系统传递函数，G n 为标称系统传递函数，Δ为归一化不确定性，W t 为负载加权系数。
3.如权利要求1所述的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，所述求解负载加权系数包括步骤：
选取负载摄动范围内的多个阻值，计算每个阻值在不同频率下的系统传递函数，根据每个阻值在不同频率下的系统传递函数计算得到每个阻值在不同频率下的子加权系数；
根据选取的多个阻值的子加权系数，得到负载加权系数。
4.如权利要求3所述的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，利用选取的多个阻值的子加权系数进行线性拟合，得到负载加权系数。
5.如权利要求3所述的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，子加权系数的计算公式为：
W ti (jω)=G i (jω)/G n (jω)-1
W ti (jω)为系统负载阻值为i且角频率为ω时的子加权系数，G i (jω)为系统负载阻值为i且角频率为ω时的系统传递函数，G n (jω)为角频率为ω时的标称系统传递函数，j为虚数单位。
6.如权利要求1所述的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，系统控制模型中还包括防止控制器饱和的加权系数、以及描述系统外部干扰特性的加权系数。
7.如权利要求6所述的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，系统控制模型表示为：
Figure 908261DEST_PATH_IMAGE001
其中u为系统期望输入直流电压值，
Figure 559822DEST_PATH_IMAGE002
为选择的评价输出，Z 1、Z 2、Z 3分别用于评价系统的输出抗干扰特性、控制器抗饱和特性、系统抗参数摄动特性；W p 为描述系统外部干扰特性的加权系数，W u 为防止控制器饱和的加权系数，W t 为系统负载加权系数，分别用于描述系统外部干扰、控制器输入以及系统参数摄动的频率特性，G n 为标称系统传递函数，d为系统外部干扰。
8.如权利要求1所述的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，将求解的H∞鲁棒控制器的控制表达式利用Hanker范数近似法得到H∞鲁棒控制器的低阶控制表达式。
9.如权利要求1所述的一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计方法，其特征在于，所述基于IPT系统的负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型包括步骤：
基于广义状态空间平均法建立IPT系统的GSSA模型；
设定IPT系统的负载摄动范围；
根据GSSA模型和负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型。
10.一种考虑负载摄动的IPT系统控制设计系统，其特征在于，包括：
建模模块，用于基于负载摄动范围建立IPT系统的负载摄动GSSA模型，用标称系统传递函数和用于描述负载不确定范围的负载加权系数来描述负载摄动GSSA模型的系统传递函数，其中标称系统传递函数是IPT系统负载为额定负载时对应的系统传递函数，求解负载加权系数；
控制器求解模块，用于构建基于H∞鲁棒控制器、负载加权系数的系统控制模型，根据负载加权系数求解H∞鲁棒控制器的控制表达式。
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