无线电能传输WPT基于S-S拓扑闭环控制有调节占空比和调节移相角两种PI闭环控制（Simulink仿真实现）

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💥1 概述

一、引言

• 研究背景：无线电能传输（WPT）技术作为一种新型的电能传输方式，具有安全、便捷、高效等优点，在电动汽车、消费电子、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。
• 研究目的：探讨基于S-S拓扑的WPT系统在闭环控制下，通过调节占空比和移相角两种PI控制策略，实现系统输出电压的稳定调节和高效传输。

二、S-S拓扑WPT系统基础

• S-S拓扑结构：S-S拓扑（Series-Series Topology）是WPT系统中的一种典型结构，发射端与接收端均采用串联谐振的方式，能够实现较好的功率传输效率和较大的传输距离。
• 工作原理：基于磁场谐振技术，通过发射端和接收端的线圈产生谐振，实现电能的无线传输。
• 系统参数：输入电压240V，输出电压400V，功率3.3kW，开关频率85kHz。

三、闭环控制策略

• 闭环控制的重要性：闭环控制能够实时监测和调节无线充电过程中的关键参数，如输出电压、电流等，以确保系统在各种负载条件下都能维持稳定的工作状态。
• PI控制策略：比例-积分（PI）控制是一种常用的闭环控制策略，具有结构简单、稳定性好、易于实现等优点。在WPT系统中，PI控制策略可以通过调节占空比和移相角两种方式实现。

四、调节占空比的PI闭环控制

• 控制原理：通过调节逆变器开关管的占空比，改变发射端线圈的输入电压，从而调节接收端线圈的输出电压。

• 实现方式：在闭环控制系统中，将输出电压与设定值进行比较，通过PI控制器计算出占空比的调节量，进而控制逆变器开关管的导通时间。

• 优点与局限性：

  • 优点：调节占空比的方式简单直接，易于实现。
  • 局限性：在负载变化较大时，占空比的调节范围可能有限，导致输出电压的调节精度下降。

五、调节移相角的PI闭环控制

• 控制原理：通过调节逆变器开关管的移相角，改变发射端线圈的输入电压相位，从而调节接收端线圈的输出电压。

• 实现方式：在闭环控制系统中，将输出电压与设定值进行比较，通过PI控制器计算出移相角的调节量，进而控制逆变器开关管的导通相位。

• 优点与局限性：

  • 优点：调节移相角的方式能够更灵活地控制输出电压，提高系统的调节精度和稳定性。
  • 局限性：移相角的调节范围受限于逆变器开关管的特性和系统的工作频率。

六、仿真与实验验证

• 仿真模型搭建：利用Matlab/Simulink等仿真平台，搭建基于S-S拓扑的WPT系统仿真模型，包括发射端、接收端、线圈、补偿电容等关键部件。
• 仿真分析：通过仿真实验，验证调节占空比和移相角两种PI闭环控制策略的有效性。分析不同负载条件下系统的输出电压稳定性、调节精度和动态响应特性。
• 实验验证：搭建实际的WPT系统实验平台，进行实验验证。通过实验数据与仿真结果的对比，进一步验证控制策略的正确性和可行性。

七、结论与展望

• 研究结论：基于S-S拓扑的WPT系统在闭环控制下，通过调节占空比和移相角两种PI控制策略，能够实现系统输出电压的稳定调节和高效传输。两种控制策略各有优缺点，可根据实际应用需求进行选择。
• 研究展望：未来可以进一步研究其他先进的控制算法，如模糊控制、自适应控制等，在WPT系统中的应用。同时，可以探索多线圈结构、中继线圈等技术在WPT系统中的优化作用，提高系统的传输效率和抗偏移性能。

📚2 运行结果

🎉3 参考文献 

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🌈4 Simulink仿真实现

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