ecpt系统控制器参数优化及其稳压输出控制

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1、ECPT系统控制器参数优化及其稳压输出控制重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：陈苓芷指导教师：苏玉刚教授专业：控制科学与工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二O一六年四月StudyonOptimizationofControllerParametersandOutputVoltageRegulationinECPTSystemAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’

2、sDegreeofEngineeringByChenLingzhiSupervisedbyProf.SuYugangSpecialty：ControlScienceandEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要无线电能传输(WirelessPowerTransmission,WPT)技术是一种新型电能传输技术，它可以使电能的传输实现从供体到受体的无直接电气连接

3、，从而消除了传统接触式电能传输方式存在的诸多问题，并解决了在安全性要求苛刻且工作环境复杂的用电场合（譬如潮湿、易燃、易爆等工作环境）的设备用电问题，满足了人们对电气设备的安全性、灵活性以及可靠性等多方面的需求。在无线电能传输技术领域，基于电场耦合的无线电能传输(Electric-fieldCoupledPowerTransfer,ECPT)技术因其独有的优势（比如ECPT系统的耦合电场基本分布于电极之间，系统的耦合机构灵活性较高且系统的电磁兼容性好等）受到了国内外许多科研工作者和企业的重视。目前，EC

4、PT系统常用的电能变换拓扑有全桥逆变电路、半桥逆变电路以及E类功率放大器，论文综合比较这三种变换拓扑的特性，最终确定将半桥逆变电路作为ECPT系统发射侧的高频逆变电路，并且以半桥型ECPT系统为研究对象，从以下几个方面对其进行研究：①论文在确定ECPT系统的电能变换拓扑后，结合已有的研究成果选择一种复合型谐振补偿网络并分析其工作原理与特性，给出针对该系统的能有效提升系统传输功率以及效率的系统参数确定方法。②ECPT系统因其阶数高、结构复杂、开关非线性等因素导致系统理论分析变得困难，论文利用广义状态空间

5、平均建模法建立半桥型ECPT系统的GSSA模型，将时域高阶非线性的复杂系统模型转化成频域线性微分模型，并通过Matlab/Simlink搭建拓扑模型对GSSA模型进行有效性验证。③论文针对ECPT系统对系统参数（负载电阻阻值和耦合机构等效容值）变化敏感导致其输出电压品质下降、系统鲁棒性差甚至系统不稳定的问题，提出一种利用多目标多约束遗传算法（NSGA-II）对系统控制器参数进行自动寻优的方法。具体来说，是基于半桥型ECPT系统的GSSA模型，利用NSGA-II算法对PID控制器参数进行自动寻优，从而构

6、成系统稳压输出控制器。最后基于Matlab/Simlink仿真平台和搭建的实验系统对该控制器的控制效果进行验证，结果证明本论文所设计的控制器能够实现对系统输出的有效控制，改善闭环系统的上升时间、稳态误差以及系统的鲁棒性能。关键词：ECPT系统，多目标遗传优化，广义状态空间平均法，PID控制I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWirelessPowerTransmission(WPT)techniqueisanovelskilltotransmitpowerwhichrealizesthepr

7、ocedureofpowertransmissionbyindirectlylinkingfromthedonortothereceptor.Thistechniquewelleliminatesvariousproblemscausedbytraditionalcontactingmethods,meetsthestrictsafetyrequirementsandadaptstosolvethetroublesfromelectricequipmentusingincomplexsituation

8、s(suchlikehumid,flammableandcombustibleworkingenvironment)eventuallyprovidesnumerousdemandsofsafety,flexibilityandreliabilitybyhumanbeing.IntheareaofWirelessPowerTransmission(WPT)technique,Electric-fieldCoupledPowerTransfer(ECPT)