與接觸式供電相比，感應電能傳輸(inductive power transfer, IPT)技術具有無磨損、維護成本低、可靠性高等優(yōu)點[1]，受到了廣泛的關注。其中，動態(tài)IPT系統(tǒng)能為運動的負載進行實時供電，在電動汽車[2-3]、單軌物流分揀[4]、自動導引小車[5]等領域具有良好的應用價值。
在單軌動態(tài)IPT系統(tǒng)中，由于分揀小車電機的負載變化范圍大，對系統(tǒng)輸出動態(tài)性能要求高，因此需要對輸出進行控制。常見的控制策略有原邊控制、副邊控制以及原副邊控制。其中原邊控制需要額外的檢測電路，控制器計算量大[6-8]。原副邊控制依賴原副邊的實時通信反饋，延時高[9-11]。在物流分揀場合不易實施。因此常在副邊側加入DC-DC變換器進行調(diào)控[12-16]。
現(xiàn)有的副邊控制，多只針對后級穩(wěn)壓器進行IPT設計，通過IPT優(yōu)化算法或使用非線性控制方法來提高特定工況下的系統(tǒng)輸出特性。如：文獻[14] 通過多目標優(yōu)化算法，改善了IPT系統(tǒng)在耦合條件、負載和補償網(wǎng)絡參數(shù)變化時的恒壓性能。文獻[15]通過線性自抗擾恒壓輸出控制算法，優(yōu)化了IPT系統(tǒng)啟停、跟隨參考、變負載的調(diào)節(jié)時間與超調(diào)量。文獻[16]通過動態(tài)IPT設計后級Buck變換器的滑?？刂破?，解決了各負載之間互相擾動的問題。這些控制策略雖然提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能，但在IPT設計時僅考慮了后級DC-DC變換器，存在負載調(diào)節(jié)范圍小、變負載工況輸出擾動大的問題。而在實際中，整流橋電流會發(fā)生斷續(xù)、諧振電路的寄生參數(shù)不可忽略。在負載大范圍變化時，DC-DC變換器輸入電壓會產(chǎn)生較大波動，這使得IPT系統(tǒng)輸出動態(tài)性能進一步惡化。因此在IPT設計控制策略時，需要考慮DC-DC變換器前級電路的影響。
為此，本文在考慮副邊整流橋與諧振電路的影響的前提下，提出動態(tài)IPT系統(tǒng)后級穩(wěn)壓器的小信號模型修正方法，分別對動態(tài)IPT系統(tǒng)后級穩(wěn)壓變小信號模型的低頻段增益和中頻段諧振峰頻率進行修正，使其表達地更為準確。在此基礎上，論文針對因負載變化導致的整流電壓波動，提出加入整流電壓前饋環(huán)節(jié)的改進控制策略。最后搭建了1000W單軌動態(tài)IPT系統(tǒng)實驗平臺，驗證了理論分析的IPT系統(tǒng)正確性和控制策略的有效性。
