无接触供电在导轨式自动导向小车的研究

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1、无接触供电在导轨式自动导向小车的研究【摘要】随着工业化进程的日益推进，对物料传送设备的自动化水平要求越来越高，自动导向小车（AutomatedGuidedVehicle，AGV）因其高柔性、易扩展等优点而得到了迅猛发展和广泛应用。AGV由于采用可充电蓄电池供电，因此使用就受到蓄电池固有缺陷的制约，在线工作时间受到极大的限制，导致AGV的利用率下降。本项目以工业物料输送系统中典型的自动导向小车（AGV）为应用对象，阐述了无接触供电技术的基本原理、发展过程以及研究现状，探讨了将无接触供电技术应用到AGV的可行性和优势。【

2、关键词】AGV无接触供电应用随着工业化进程的日益推进，对物料传送设备的自动化水平要求越来越高，自动导向小车（AutomatedGuidedVehicle，AGV）因其高柔性、易扩展等优点而得到了迅猛发展和广泛应用。AGV由于采用可充电蓄电池供电，因此使用就受到蓄电池固有缺陷的制约，在线工作时间受到极大的限制，导致AGV的利用率下降。随着工业自动化的发展，自动化物料输送装备对供电技术提出了更高的要求，传统供电方式由于其固有的局限性已经难以满足新的要求。而无接触供电技术（CPS）依靠其安全、可靠、高效、灵活等特点，适应了

3、物流自动化发展的最新要求。1项目的研究内容1.1感应式耦合无线电能传输机理（ICPT）6ICPT是以耦合的电磁场为媒介实现电能传递，对于AGV用ICPT，是将耦合线圈原边导轨、副边绕组分置于车外地面上和车内底盘上，通过高频磁场的耦合传输电能。该系统主要由发射部分、感应耦合和接收部分组成。其原理如图1所示。发射部分从电网获取电能后经过整流滤波获得直流电，进入逆变器中进行高频逆变，产生的高频交变电流在信号控制电路的控制下经过一次侧谐振电路后注入原边导轨，在临近空间产生高频交变磁通；位于车底盘的副边绕组在靠近原边导轨空间通

4、过感应耦合高频交变磁通获取感应电动势，同时在信号控制电路的控制下经过整流滤波以及稳压调节，从而实现为AGV提供电能。此系统本质上相当于变压器的疏松耦合系统，其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输，因气隙导致的耦合系数的降低，可以由提高一次侧输入电源的频率加以补偿。AGV感应式耦合无接触供电系统示意图如图2。1.2松耦合变压器等效模型AGV感应耦合无接触供电系统的耦合线圈相当于一个松耦合变压器，变压器的一侧放在地面，另一侧安装在车底盘上，通过中间几十厘米的距离传输能量。由于原副边距离较大，所以耦合系数非常小，不同

5、于传统的紧耦合变压器，AGV的耦合线圈具有较大的漏感。描述松耦合变压器的模型有漏感等效模型和互感等效模型，漏感等效模型如图3所示。如图3所示，忽略变压器原、副边绕组的等效电阻。Ls1和Ls2为原副边漏感值，Lm为励磁电感，漏感等效模型将漏感和励磁电感分开来分析。松耦合变压器的互感等效模型如图4所示。6忽略变压器原、副边绕组的等效电阻。Lp与Ls分别为原、副边自感，M为互感，-jωMIs为副边磁场在原边的感应电压，jωMIp为原边磁场在副边的感应电压。通过互感模型对松耦合变压器解耦，可以对原副边单独进行分析。从磁的角度

6、分析，两个模型的主要区别在于计算中的磁通划分不同；从电感的角度分析，漏感等效模型侧重对漏感和激磁电感的分析，互感等效模型侧重对互感和自感的分析，用互感来描述变压器原、副边的耦合关系，而在系统设计时，需要对原副边自感整体分析进行电容补偿，因此互感等效模型不将励磁电感和漏感分开讨论。因此采用互感等效模型对耦合线圈进行分析相对简单。1.3原边LCL副边LC并联的补偿拓扑结构如图5所示，电感L1、L2和电容C1构成LCL结构，当L1和C1的谐振频率等于开关频率时，流过原边导轨的电流Ip为恒定的正弦，不受负载和耦合系数变化的影

7、响，使得副边有稳定的电能，便于给AGV供能。电容Cp与Lp串联，可以减小无功功率，提高电路整体的功率因数。副边电容Cs和自感Ls谐振，在合适的参数设计下，可以很好地实现软开关，减小开关损耗，提高整体电路效率。因此，决定采用LCL和LC并联的方式。1.4基于DSP控制的原边恒流为了满足将来实用AGV无接触供电系统的性能需求，项目目前拟采用DSP：TMS320F28335作为控制核心，以便提高系统的可扩展性。图6为软件流程图，程序实现过程如下：6根据电流传感器的信号电流与原边导轨电流的对应关系，预先设定电流基准，每个PW

8、M周期结束时，进行A/D采样，进入中断服务程序；在中断服务程序中，将A/D采样值与电流基准值比较，根据不同情况，确定调整方式，依据设定的算法进行调节。1.5PWM控制芯片实现稳压输出本稳压方案中开关转换器的控制方式采用最基本的电压型控制，属于单闭环负反馈控制方式。BUCK转换器的输出电压采样以后，与给定的基准电压相比较，产生变化的PWM，驱动功