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无接触供电变流控制及系统设计关键技术研究
| 论文题名： | 无接触供电变流控制及系统设计关键技术研究 |
| 关键词： | 汽车总装输送系统;无接触供电;变流控制;系统设计 |
| 摘要： | 随着工业自动化的发展，自动化设备对运动中的持续供电提出了新的要求。无接触供电系统（IPT），实现了供电设备的物理分离，增加了设备的灵活性，弥补了传统移动供电中存在的磨损、积碳、电火花等缺陷。可广泛用于工业自动化、交通、消费电子等领域。IPT系统的研究具有重要的理论和工程意义。 本课题以汽车总装自动化输送系统为应用背景，对感应耦合、谐振补偿、高频逆变几个关键环节开展研究。针对现有系统中耦合结构和大谐振电流造成的系统能量损耗，通过系统关键环节的分析和改进，实现耦合结构优化、谐振补偿电路的设计，通过逆变控制完成谐振电流按需调节，实现系统综合节能。 在理论研究方面，通过新的耦合系数定义，实现分离变压器原、副边的设计解耦。全面考虑分离变压器电、磁和结构参数，建立基于能效的分析方法。研究了补偿电路的恒流恒压特性，通过引入调整电容建立双电感-电容-电感（LCL）的系统结构。在逆变控制方面，将高阶、非线性的系统分段线性化，基于状态空间法建立了系统模型，推导系统的稳态响应分段解析函数式，给出系统软开关工作点求解的一般方法，分析了常见IPT系统软开关工作点的存在性和数量。 在技术开发方面，建立了一套耦合结构功率设计和优化流程。提出一种双LCL补偿的系统，并完成系统性能参数分析，给出系统补偿电路参数设计完整的流程。提出脉冲密度调制（PDM）的能量控制方法，研究其在无接触供电系统中的可行性和软开关控制参数求解。进一步提出并分析了脉冲密度调制/脉冲频率调制（PDM/PFM）、增强PDM调制方法。给出一套可实现原边系统变流控制的能量控制器模型。 在实验验证方面，开发了两套无接触供电原型系统。一是工作于定频模式的双LCL补偿的无接触供电系统。并测试了系统的稳压和恒流的性能，验证了在给定的耦合结构上，分离变压器的功效与匝数无关，只与线圈总截面积有关的理论分析结论。二是基于增强PDM的能量调制的无接触供电系统。通过实验测试验证本文的软开关工作点建模和求解，以及相关能量调节方法在高阶非线性谐振系统中的可行性。 本文先通过数值仿真计算验证所提出理论的可行性，然后应用理论研究成果完成系统电路设计，形成无接触供电系统样机。经过汽车装配滑板输送系统平台的实验测试，验证了本文所提出的系统设计和变流控制技术的正确性和可行性。 |
| 作者： | 张炯 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 楼佩煌 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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