一种无需副边通讯的SS-WPT系统原边控制方法及装置与流程

本发明涉及无线电能传输，特别是涉及一种无需副边通讯的ss-wpt系统原边控制方法及装置。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、agv无线充电系统中，ss补偿拓扑（原边串联-副边串联）被广泛应用。原边发射端埋设于充电位地面，副边接收端安装于agv底盘，通过原副边线圈间的磁耦合实现无线电能传输。由于agv并非始终停靠于充电位，原边需自主判断接收端是否在位。在实际工程应用中，原边线圈电感及补偿电容因温度变化、器件老化与制造公差而偏离设计值，导致原边谐振频率发生漂移，影响系统工作点的准确性。类似地，副边线圈电感与补偿电容同样存在上述漂移问题，副边实际谐振频率偏离原边谐振频率即产生失谐，若未检测将导致后续参数估计与控制产生显著偏差。

3、此外，原副边之间的互感随agv停靠位置变化而改变，直接影响接收端输出电流与发射端电压之间的关系，需在实际工作条件下精确估计。然而，该系统面临严格的约束条件：控制器仅能接触原边电路，无法获取副边电压、电流及温度等信息，且不允许通过射频或红外等方式建立副边通讯链路，亦不能借助扫频仪、lcr表或阻抗分析仪等额外仪器，可用硬件仅限于mcu或dsp控制的h桥逆变器、原边电流传感器及adc采样模块。在此约束下，现有方法存在诸多不足。扫频法需遍历频点，耗时长且在谐振点处电流过大，存在安全隐患。依赖副边通讯的反馈方案需要增加额外通讯链路，提高了系统成本与故障率。辅助线圈检测法需要额外硬件与安装空间，不适于紧凑型应用。逆变器频率扫描方式通常需要获取电压与电流的相位差信息，增加了信号处理的复杂度。基于原副边参数对称假设的设计方案在实际中难以成立，因制造公差与老化导致原边与副边电感、电容参数并不相等，对称假设引入系统误差。此外，现有技术普遍忽略副边失谐，未能考虑副边电容老化与温漂造成的谐振频率偏移，在失谐工况下参数估计产生严重偏差。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种无需副边通讯的ss-wpt系统原边控制方法及装置，通过向原边谐振回路注入不同基频的方波电压，提取多个奇次谐波的电流幅值以实现原边电感和补偿电容的解析求解；通过谐波一致性验证判断接收端是否在位；通过基于非对称输入阻抗模型对多个谐波实测阻抗幅值进行拟合，联合估计耦合系数、副边总电阻和副边失谐因子；通过固定原边谐振频率并仅调节直流母线电压的前馈控制律实现接收端输出电流的精确控制。本发明解决了在不增加硬件、不依赖副边通讯与相位信息的约束下，由原边独立完成参数辨识、在位检测、互感及副边失谐联合估计并实现充电电流精确控制的问题。

2、一方面，提供了一种无需副边通讯的ss-wpt系统原边控制方法，包括：

3、向原边谐振回路注入具有第一基频的第一方波电压，采集原边电流并提取至少三个奇次谐波的电流幅值，计算各谐波实测阻抗幅值；利用所述至少三个奇次谐波中的第一组谐波的实测阻抗幅值求解原边电感和原边补偿电容；

4、利用所述至少三个奇次谐波中的第二组谐波的实测阻抗幅值对所述原边电感和原边补偿电容进行一致性验证，以判定接收端是否在位；

5、当判定接收端在位后，降低直流母线电压并注入具有第二基频的第二方波电压，再次采集原边电流并提取至少三个奇次谐波的电流幅值，并计算对应的实测阻抗幅值，基于非对称输入阻抗模型对所述实测阻抗幅值进行拟合，联合估计耦合系数、副边总电阻和副边失谐因子；

6、恢复直流母线电压并将输出频率切换至原边实际谐振频率并保持不变，仅调节直流母线电压，根据所述原边电感、原边补偿电容、耦合系数、副边总电阻和副边失谐因子按前馈控制律控制接收端输出电流。

7、进一步地，所述第一组谐波为1次和3次谐波，所述第二组谐波为5次谐波。

8、进一步地，所述第一方波电压的基频设定为使其至少三个奇次谐波频率均低于原边谐振频率。

9、进一步地，所述第二基频满足，使得3次谐波频率等于所述原边实际谐振频率，其中，为原边谐振频率，为方波基频。

10、进一步地，所述一致性验证包括：利用所述第二组谐波的实测阻抗幅值与预测阻抗幅值的误差进行判定，当所述误差超过预设第一阈值时判定接收端在位，所述预测阻抗幅值通过a5_pred=(9a32a1)/5计算得到，其中a1和a3分别为第一组谐波中1次和3次谐波的实测阻抗幅值。

11、进一步地，所述一致性验证还包括：当所述原边电感或所述原边补偿电容偏离参考值的程度超过预设第二阈值时，判定接收端在位。

12、进一步地，基于非对称输入阻抗模型对所述实测阻抗幅值进行拟合，联合估计耦合系数、副边总电阻和副边失谐因子，具体为：

13、以所述原边电感、原边补偿电容、原边电阻、副边电感和副边电容标称值为已知量，以耦合系数、副边总电阻和副边失谐因子为待估参数，构建非对称输入阻抗模型：

14、；

15、其中，，，，，；

16、以三个谐波频率处的实测阻抗幅值为目标，对所述待估参数进行拟合，使模型输出的阻抗幅值与所述实测阻抗幅值的误差平方和最小，得到所述耦合系数、副边总电阻和副边失谐因子。

17、进一步地，恢复直流母线电压并将输出频率切换至原边实际谐振频率并保持不变，仅调节直流母线电压，根据所述原边电感、原边补偿电容、耦合系数、副边总电阻和副边失谐因子按前馈控制律控制接收端输出电流，具体为：

18、在输出频率为原边实际谐振频率的条件下，副边电抗为：

19、；

20、原边输入阻抗幅值为：

21、；

22、根据目标输出电流 ，按以下前馈控制律计算所需的直流母线电压：

23、；

24、以该直流母线电压控制接收端输出电流。

25、进一步地，充电过程中，周期性暂停功率传输并再次执行所述联合估计，以更新所述耦合系数、副边总电阻和副边失谐因子，并根据更新后的参数刷新所述前馈控制律。

26、另一方面，提供了一种无需副边通讯的ss-wpt系统原边控制装置，包括：

27、h桥逆变器，用于向原边谐振回路输出方波电压；

28、电流传感器，用于采集原边电流；

29、adc模块，用于采样直流母线电压和所述原边电流；

30、控制器，分别连接所述h桥逆变器、所述电流传感器和所述adc模块，配置为执行如第一方面所述的方法。

31、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

32、（1）本发明在不增加任何硬件的前提下，通过复用原边已有的h桥逆变器和电流传感器，利用方波电压天然含奇次谐波的特性，以单次激励同时获取多个频点的阻抗信息，实现了原边lc参数的解析辨识、接收端在位检测以及互感、副边总电阻和副边失谐因子的联合估计，消除了对副边通讯链路和额外辅助线圈的依赖，降低了系统成本和故障率。同时，本发明仅需采集原边电流幅值，无需获取电压-电流相位差信息，避免了复杂的相位检测环节，降低了adc采样与信号处理的要求，使其在低成本mcu或dsp平台上即可实时运行，其中lc辨识环节采用解析公式直接求解，参数估计环节采用离线三维查找表配合三线性插值实现，计算复杂度极低。

33、（2）本发明采用非对称输入阻抗模型，不要求原边与副边参数相等，实际制造公差和老化导致的原副边参数差异均被自然纳入模型，消除了传统对称假设带来的系统误差；并且将副边失谐因子作为独立参数纳入联合估计，能够有效辨识副边电容因老化、温度漂移导致的谐振频率偏移，在失谐工况下仍能保持互感估计和充电控制的准确性。

34、（3）本发明建立了从待机检测到充电控制的全生命周期闭环架构。充电期间逆变器输出频率固定于原边实际谐振频率，仅通过调节直流母线电压实现接收端输出电流控制，无功功率最小，系统效率最高；同时支持在充电过程中周期性暂停功率传输并重新执行参数估计，实时跟踪互感、副边总电阻和副边失谐因子的变化并刷新前馈控制律，确保全工况下的控制精度。