动态IPT系统后级稳压器的小信号模型修正和改进控制策略
与接触式供电相比，感应电能传输(inductive power transfer, IPT)技术具有无磨损、维护成本低、可靠性高等优点[1]，受到了广泛的关注。其中，动态IPT系统能为运动的负载进行实时供电，在电动汽车[2-3]、单轨物流分拣[4]、自动导引小车[5]等领域具有良好的应用价值。
在单轨动态IPT系统中，由于分拣小车电机的负载变化范围大，对系统输出动态性能要求高，因此需要对输出进行控制。常见的控制策略有原边控制、副边控制以及原副边控制。其中原边控制需要额外的检测电路，控制器计算量大[6-8]。原副边控制依赖原副边的实时通信反馈，延时高[9-11]。在物流分拣场合不易实施。因此常在副边侧加入DC-DC变换器进行调控[12-16]。
现有的副边控制，多只针对后级稳压器进行IPT设计，通过IPT优化算法或使用非线性控制方法来提高特定工况下的系统输出特性。如：文献[14] 通过多目标优化算法，改善了IPT系统在耦合条件、负载和补偿网络参数变化时的恒压性能。文献[15]通过线性自抗扰恒压输出控制算法，优化了IPT系统启停、跟随参考、变负载的调节时间与超调量。文献[16]通过动态IPT设计后级Buck变换器的滑模控制器，解决了各负载之间互相扰动的问题。这些控制策略虽然提高了系统的动态性能，但在IPT设计时仅考虑了后级DC-DC变换器，存在负载调节范围小、变负载工况输出扰动大的问题。而在实际中，整流桥电流会发生断续、谐振电路的寄生参数不可忽略。在负载大范围变化时，DC-DC变换器输入电压会产生较大波动，这使得IPT系统输出动态性能进一步恶化。因此在IPT设计控制策略时，需要考虑DC-DC变换器前级电路的影响。
为此，本文在考虑副边整流桥与谐振电路的影响的前提下，提出动态IPT系统后级稳压器的小信号模型修正方法，分别对动态IPT系统后级稳压变小信号模型的低频段增益和中频段谐振峰频率进行修正，使其表达地更为准确。在此基础上，论文针对因负载变化导致的整流电压波动，提出加入整流电压前馈环节的改进控制策略。最后搭建了1000W单轨动态IPT系统实验平台，验证了理论分析的IPT系统正确性和控制策略的有效性。
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