本發(fā)明涉及無線電能傳輸(wireless?power?transfer，wpt)，尤其涉及一種基于多互感比前端檢測定位的實本征態(tài)靶向磁能控制方法。

背景技術(shù)：

1、無線電能傳輸(wpt)技術(shù)是支持無人操作、提高設(shè)備續(xù)航能力不可或缺的支撐技術(shù)。磁耦合無線電能傳輸(magnetic?coupling?wireless?power?transfer,mc-wpt)技術(shù)是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的wpt技術(shù)，已逐漸應(yīng)用于消費電子、家用電器和電動汽車等多個領(lǐng)域。目前大多數(shù)mc-wpt系統(tǒng)是針對單對單的無線傳能，但由于磁能的強衰減特性，單個發(fā)射線圈的傳輸距離短，傳能范圍小的缺點十分明顯。

2、多發(fā)射無線電能傳輸(multi-transmitter?wireless?power?transfer,multi-transmitter?wpt)系統(tǒng)因其設(shè)有多個發(fā)射線圈和一個接收線圈，相較于單個發(fā)射線圈的無線傳能具有無可比擬的優(yōu)勢：

3、1)多發(fā)射線圈位置的排列組合較為靈活，可以根據(jù)實際系統(tǒng)的空間要求設(shè)計發(fā)射線圈的位置。

4、2)通過增加發(fā)射線圈的數(shù)量，能夠極大地擴展無線電能傳輸?shù)姆秶拖到y(tǒng)輸出功率。

5、3)通過精確控制各發(fā)射線圈的磁場，能夠提升系統(tǒng)的傳輸效率。

6、與單發(fā)射線圈的wpt系統(tǒng)相比，多發(fā)射線圈wpt系統(tǒng)具有以下劣勢：

7、1)各發(fā)射線圈的電路結(jié)構(gòu)相互獨立，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

8、2)系統(tǒng)的功效的提升與發(fā)射線圈的數(shù)量沒有直接關(guān)系，缺乏有效的磁能控制方法反而會導(dǎo)致漏磁較大，效率降低。

9、3)各發(fā)射線圈與接收線圈的互感往往差異較大，難以簡單、快速和準確地檢測多個互感參數(shù)。

10、多發(fā)射wpt技術(shù)近年來備受關(guān)注，但對多互感的檢測和磁能控制的方法相關(guān)研究尚少。目前，針對多發(fā)射wpt互感檢測的方法主要有三種：

11、1)以單發(fā)射互感識別為基礎(chǔ)，逐個激勵各發(fā)射線圈，單獨提取各發(fā)射線圈之間的互感。因此，每個互感的檢測都需要一個檢測周期，該方法不僅檢測時間較長，而且檢測程序較為復(fù)雜。此外，根據(jù)所使用單發(fā)射-單接收互感檢測的具體方法不同，可能還需要額外增加附加電路，產(chǎn)生額外的系統(tǒng)損耗，造成系統(tǒng)效率的降低。

12、2)在接收線圈處安裝姿態(tài)傳感器，通過前后端的通信，根據(jù)接收線圈的位置信息計算出互感電參數(shù)。采用姿態(tài)傳感器檢測互感的方法，不僅需要前端的發(fā)射線圈和后端的接收線圈的通信，還需要根據(jù)位置信息反推出實際互感值。這不僅會造成檢測成本的增加，而且在實際wpt系統(tǒng)中極大的增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

13、3)在lcc-s拓撲的基礎(chǔ)上，檢測各個發(fā)射線圈的電壓與電流，進而推導(dǎo)各個發(fā)射線圈的互感，但此方法也只適用于lcc特定拓撲下的系統(tǒng)，通常不適用于常用的ss、ps等拓撲結(jié)構(gòu)，且對于檢測電路檢測精度的要求較高。

14、現(xiàn)有多發(fā)射wpt的磁能控制方法主要是基于磁耦合諧振式工作機制，即將系統(tǒng)工作頻率固定為線圈固有頻率，但該工作機制僅分析了工作頻率為線圈固有頻率的情況，在負載和耦合變化的復(fù)雜工況下，往往難以兼顧系統(tǒng)的輸出功率和傳輸效率。

15、綜上所述，多發(fā)射wpt技術(shù)近年來雖備受關(guān)注，但對互感的檢測和磁能的控制相關(guān)研究尚少，目前都沒有很好的解決方案?，F(xiàn)有的方法難以同時兼顧快速、準確并且不依靠通信來實現(xiàn)多互感的檢測，也缺乏合適的工作機制即兼顧系統(tǒng)傳輸效率，又滿足復(fù)雜工況下的大功率輸出。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供基于多互感比前端檢測定位的實本征態(tài)靶向磁能控制方法，解決的技術(shù)問題在于：如何簡單、快速、精確控制靶向磁能傳能模式，既能保障系統(tǒng)的傳輸效率，又保證系統(tǒng)的輸出功率。

2、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供基于多互感比前端檢測定位的實本征態(tài)靶向磁能控制方法，包括步驟：

3、s1、在多發(fā)射無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的直流電源udc與每個逆變電路之間增加一個調(diào)壓電路；多發(fā)射無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射端包括直流電源udc及與之并聯(lián)的n個相同的逆變電路，與n個逆變電路一一對應(yīng)連接的n個相同的發(fā)射回路；

4、s2、通過控制對應(yīng)的調(diào)壓電路和逆變電路，先后激勵任意兩路發(fā)射回路，在激勵任一發(fā)射回路時，其余未激勵的n-1路發(fā)射回路與其逆變電路構(gòu)成n-1個響應(yīng)回路；

5、s3、測量兩次激勵對應(yīng)的n-1個響應(yīng)回路的電流，并根據(jù)測量的電流計算n個反射線圈與接收線圈之間的互感比；

6、s4、控制n個調(diào)壓電路的輸出電壓控制信號比為計算的互感比；

7、s5、在起始頻率和終止頻率范圍內(nèi)，每次增加設(shè)定步長，調(diào)節(jié)n個逆變電路的激勵頻率；

8、s6、測量每一次激勵頻率下的任一發(fā)射回路的輸入電壓電流的相位差，并將相位差為零的從小到大的激勵頻率依次記錄為本征頻率f1,f2,f3；

9、s7、根據(jù)系統(tǒng)控制需求以本征頻率f1或f2或f3對n個逆變電路進行激勵，進行靶向磁能控制的無線傳能。

10、進一步地，在所述步驟s3中，根據(jù)測量的電流計算n個反射線圈與接收線圈之間的互感比具體為：

11、令第一次激勵時未激勵的n-1路發(fā)射回路的電流比等于該n-1路發(fā)射回路與接收線圈之間的互感比，建立第一互感比電流比約束關(guān)系；

12、令第二次激勵時未激勵的n-1路發(fā)射回路的電流比等于該n-1路發(fā)射回路與接收線圈之間的互感比，建立第二互感比電流比約束關(guān)系；

13、聯(lián)立所述第一互感比電流比約束關(guān)系和所述第二互感比電流比約束關(guān)系，解得當前n個發(fā)射回路與接收線圈之間的互感比。

14、進一步地，所述步驟s7具體為：

15、若系統(tǒng)控制需求為高效率傳輸，則以f2激勵n個逆變電路；

16、若系統(tǒng)控制需求為大功率傳輸，則以f1或f3激勵n個逆變電路。

17、進一步地，在步驟s4中，調(diào)壓電路采用buck-boost升降壓斬波電路，調(diào)壓電路i的控制信號定義為δi＝toni/toffi，toni、toff分別為調(diào)壓電路i的開關(guān)管開通時間與關(guān)斷時間，i＝1,2,,…,n。

18、進一步地，步驟s4至s6具體包括步驟：

19、b1、輸入計算的各發(fā)射線圈之間的互感比m1s:…:mns，mis表示發(fā)射線圈li與接收線圈ls之間的互感；

20、b2、根據(jù)互感比m1s:…:mns，控制調(diào)壓電路1,2,…,n的開關(guān)管s1,…,sn，控制信號為δ1:…:δn＝m1s:…:mns；

21、b3、調(diào)節(jié)逆變電路1,2,…,n的激勵頻率，以起始頻率激勵系統(tǒng)；

22、b4、測量任一發(fā)射回路的輸入電壓和電流的相位差；

23、b5、對相位差進行判斷，若相位差為零，則記錄此時激勵頻率，從小到大依次為f1,f2,f3；若相位差不為零，則判斷激勵頻率是否達到終止頻率，若激勵頻率尚未達到終止頻率，則以步長增加激勵頻率，并重新返回步驟b4；

24、b6、輸出本征頻率f1,f2,f3。

25、進一步地，發(fā)射回路i包括發(fā)射線圈li和原邊串聯(lián)補償電容ci。

26、進一步地，多發(fā)射無線電能傳輸系統(tǒng)的接收端包括接收線圈ls、副邊串聯(lián)補償電容cs和等效負載電阻rl。

27、進一步地，在步驟s2中，激勵任意兩路發(fā)射回路的激勵頻率為發(fā)射回路線圈固有頻率。

28、本發(fā)明提供的基于多互感比前端檢測定位的實本征態(tài)靶向磁能控制方法，首先在直流電源與各逆變電路之間加入調(diào)壓電路，然后通過激勵兩次系統(tǒng)獲取兩次發(fā)射回路電流計算出互感比，進一步根據(jù)互感比調(diào)節(jié)調(diào)壓電路，再通過頻率掃描的方式確定系統(tǒng)的本征頻率(一個定頻和兩個浮頻)，從而使得系統(tǒng)可以根據(jù)互感比和充電需求選擇對應(yīng)的本征頻率進行激勵。在多互感比和本征頻率的檢測上，該方法無需前端的發(fā)射線圈與后端接收線圈進行通信，識別互感比的時間短，并且消除了本征態(tài)頻率檢測時復(fù)雜的計算過程，極大降低了本征頻率值識別的難度，簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜性。該方法根據(jù)實本征態(tài)工作機制多互感比和激勵電流的約束條件，精確控制靶向磁能的傳能模式，既能保障系統(tǒng)的傳輸效率，又保證系統(tǒng)的輸出功率。該方法可以在換浮頻模式和定頻模式中進行切換，浮頻模式擁有更大的輸出功率，定頻模式擁有更高的傳輸效率，兩種模式的切換使整個系統(tǒng)具有很強的應(yīng)對復(fù)雜工況的能力。該方法根據(jù)耦合情況激勵各發(fā)射線圈，減小了發(fā)射線圈的漏磁，提升了系統(tǒng)的傳輸效率。本發(fā)明可以在無人機、無人地面車輛等復(fù)雜工況的無線充電應(yīng)用場合中實現(xiàn)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的辨識和靶向磁能的精確控制。