电流跟踪PWM控制WPT系统及优化方法和相关装置

本发明涉及多频多负载无线电能传输系统，具体涉及一种基于分时段阻塞延时开关频率控制下的电流跟踪pwm控制多频多负载wpt系统及参数优化方法和相关装置。

背景技术：

1、电流跟踪pwm控制多频多负载wpt系统能够实现负载独立控制以及较宽功率调节范围内的高效无线电能传输，系统具有响应快速，控制简单等优点，然而随着指令电流频率，相位，幅值，负载大小等参数的改变，系统逆变器开关频率较大，波动范围大，变化规律负载，因此采取分时段阻塞延时开关频率控制策略实现了降低系统逆变器开关频率波动范围，降低逆变器最大开关频率。然而，对于电流跟踪pwm控制而言，系统逆变器开关频率降低一定导致电流跟踪质量降低，副边接收电能质量降低，同时，目前对分时段阻塞延时策略控制参数的选取没有一套成熟的设计流程。因此为了进一步减少逆变器开关频率降低对副边接收电能质量的影响，首先提出了一种副边无源补偿网络装置的设计方法。接着，为了针对不同系统参数最优的发挥分时段阻塞延时控制技术的优势，设计了一种基于改进bp神经网络及遗传算法的分时段阻塞延时控制参数设计流程，使系统在满足副边接收电能质量要求的前提下，最优化的选取分时段阻塞延时控制参数，最多的降低逆变器开关频率。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的之一是如何防止各接收回路中非自身工作频率能量的干扰，本发明提供一种电流跟踪pwm控制wpt系统，通过在原系统副边串联谐振补偿的基础上，添加lc无源补偿支路与动态补偿电容，进一步消除各接收回路中非自身工作频率能量的干扰，提升负载端接收电能质量。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种电流跟踪pwm控制wpt系统，电流跟踪pwm控制wpt系统为基于分时段阻塞延时开关频率控制下电流跟踪pwm控制多频多负载wpt系统，包括两组以上的非自身谐振频率的lc无源补偿支路，所述lc无源补偿支路并联于负载两端，动态补偿电抗，提升负载端接收电能质量。

4、优选的：所述动态补偿电抗用于当接收回路n的无源补偿网络在频率fn下呈现感性时，应使动态补偿电抗xrn在频率fn下呈现容性，使整体接收回路n在频率fn下呈现纯阻性，此时接收回路n在其他回路工作频率下仍呈现高阻抗特性。当接收回路n的无源补偿网络在频率fn下呈现容性时，应使动态补偿电抗xrn在频率fn下呈现感性，使整体接收回路n在频率fn下呈现纯阻性，此时接收回路n在其他回路工作频率下仍呈现高阻抗特性。

5、优选的：所述lc无源补偿支路的参数满足：

6、；

7、其中，f1，f2……fi为各副边接收回路工作频率，为接收回路m的第i个非自身谐振频率的无源补偿网络的电感，为接收回路m的第i个非自身谐振频率的无源补偿网络的电容值，表示接收回路支数。

8、本发明的另一目的是提供一种电流跟踪pwm控制wpt系统参数优化方法，用于上述电流跟踪pwm控制wpt系统的参数优化，能够实现在不同系统参数下，最优化的选取分时段阻塞延时控制参数，最多的降低系统逆变器开关频率。包括以下步骤：

9、步骤1，采用改进bp神经网络对负载电压谐波畸变与分时段阻塞延时控制参数间的非线性关系进行回归预测，建立基于改进bp神经网络回归预测负载电压谐波畸变与分时段阻塞延时控制参数间的函数映射模型。通过基于改进bp神经网络回归预测负载电压谐波畸变与分时段阻塞延时控制参数间的函数映射模型确定副边负载电压的谐波畸变率。

10、步骤2，根据分时段阻塞延时开关频率控制策略的参数选取限制及所确定的函数映射模型，建立分时段阻塞延时控制参数优化模型。

11、步骤3，采用遗传算法对分时段阻塞延时控制参数优化模型进行求解，得出在满足副边接收电能质量要求的条件下最优的分时段阻塞延时控制参数。

12、优选的：所述负载电压谐波畸变与分时段阻塞延时控制参数间的函数映射模型如下：

13、；

14、其中，表示改进bp神经网络预测出的负载电压的谐波畸变率，表示从神经网络的第(l-1)层的第k个神经元指向第l层的第j个神经元的连接权重，表示第l层的第j个神经元的偏置，表示第l层的第j个神经元的线性运算结果，表示第l层的第j个神经元的经加入权重与偏置的线性运算后的激活函数输出结果，φ表示输出层激活函数，σ表示隐含层激活函数，表示分时段阻塞延时控制分时情况一的预设频率，表示分时段阻塞延时控制分时情况二的预设频率，表示分时段阻塞延时控制分时情况一的延时时间，表示分时段阻塞延时控制分时情况二的延时时间，表示分时段阻塞延时控制分时情况二的预设电流值。

15、优选的：遗传算法中适应度函数如下：

16、；

17、其中，表示遗传算法适应度函数，表示参数fx1、tx1、fx2、tx2、ix相关的系统逆变器开关频率降低评价函数，表示迭代次数，表示改进bp神经网络预测出的负载电压的谐波畸变率。

18、优选的：分时段阻塞延时控制参数优化模型如下：

19、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>max</mi><mi></mi><mi>δ</mi><mi>f</mi><mi>(</mi><msub><mi>f</mi><mi>x1</mi></msub><mi>,</mi><msub><mi>f</mi><mi>x2</mi></msub><mi>,</mi><msub><mi>t</mi><mi>x1</mi></msub><mi>,</mi><msub><mi>t</mi><mi>x2</mi></msub><mi>,</mi><msub><mi>i</mi><mi>x</mi></msub><mi>)</mi><mi>=</mi><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>m</mi><mi>=</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>m</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><mstyle displaystyle="true"><msubsup><mo>∫</mo><msub><mi>t</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>t</mi><mi>m+1</mi></msub></msubsup><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>s</mi></msub><mi>(</mi><mi>t</mi><mi>)</mi><mi>−</mi><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>t</mi><mi>x1</mi></msub></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mstyle></mstyle><mi>dt</mi><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><mstyle displaystyle="true"><msubsup><mo>∫</mo><msub><mi>t</mi><mi>k</mi></msub><msub><mi>t</mi><mi>k+1</mi></msub></msubsup><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>s</mi></msub><mi>(</mi><mi>t</mi><mi>)</mi><mi>−</mi><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>t</mi><mi>x2</mi></msub></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mstyle></mstyle><mi>dt</mi></mstyle>；

20、；

21、其中，表示参数fx1、tx1、fx2、tx2、ix相关的系统逆变器开关频率降低评价函数，表示分时段阻塞延时控制分时情况一的预设频率，表示分时段阻塞延时控制分时情况二的预设频率，表示分时段阻塞延时控制分时情况一的延时时间，表示分时段阻塞延时控制分时情况二的延时时间，表示分时段阻塞延时控制分时情况二的预设电流值，2表示一个指令电流周期内有2m个时刻满足分时情况一， tm -tm+1代表一个指令电流周期内理论开关频率fs(t)高于fx1的时间段，均满足分时情况一，表示理论开关频率， 2表示一个指令电流周期内有2n个时刻满足分时情况二， tk -tk+1代表一个指令电流周期内理论开关频率fs(t)高于fx2且ip大于ix的时间段，均满足分时情况二，ip表示指令电流，，，表示改进bp神经网络预测出的负载电压的谐波畸变率， 表示系统逆变器最大开关频率，代表指令电流模值ip的最小值，代表指令电流模值ip的最大值，表示电流跟踪pwm控制环宽，表示系统发射线圈自感，表示副边折算至原边的等效电压，表示原本直流输入电压。

22、本发明的另一目的是提供一种电流跟踪pwm控制wpt系统参数优化装置，采用上述电流跟踪pwm控制wpt系统参数优化方法，包括函数映射单元、分时段阻塞延时控制参数优化单元、遗传算法单元，其中：

23、所述函数映射单元采用改进bp神经网络对负载电压谐波畸变与分时段阻塞延时控制参数间的非线性关系进行回归预测，建立基于改进bp神经网络回归预测负载电压谐波畸变与分时段阻塞延时控制参数间的函数映射模型。通过基于改进bp神经网络回归预测负载电压谐波畸变与分时段阻塞延时控制参数间的函数映射模型确定副边负载电压的谐波畸变率。

24、所述分时段阻塞延时控制参数优化单元用于根据分时段阻塞延时开关频率控制策略的参数选取限制及所确定的函数映射模型，建立分时段阻塞延时控制参数优化模型。

25、所述遗传算法单元用于采用遗传算法对分时段阻塞延时控制参数优化模型进行求解，得出在满足副边接收电能质量要求的条件下最优的分时段阻塞延时控制参数。

26、优选的：所述遗传算法单元中采用如下适应度函数：

27、；

28、其中，表示遗传算法适应度函数，表示参数fx1、tx1、fx2、tx2、ix相关的系统逆变器开关频率降低评价函数，表示迭代次数，表示改进bp神经网络预测出的负载电压的谐波畸变率。

29、本发明的另一目的是提供一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口。所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信。所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行上述的方法。

30、本发明的另一目的是提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述的方法。

31、本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

32、1、通过增加副边无源补偿网络，进一步提高了副边接收电能质量。

33、2、通过采用改进bp神经网络算法，建立了负载电压谐波畸变率与分时段阻塞延时控制参数之间的非线性函数映射模型，解决了无法用函数直接表示负载电压谐波畸变率与分时段阻塞延时控制参数之间的关系的问题。

34、3、通过建立优化模型，分析目标函数变化特性，利用遗传算法实现在系统参数改变下，均能最优化的选取分时段阻塞延时开关频率控制策略参数，实现最优化的降低系统逆变器开关频率，同时保证副边接收电能质量满足要求。