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外部干擾下SP型ICPT系統(tǒng)的H∞濾波器設計

2022年電子技術應用第12期

梁國鈺，苗磊，黃淦珂，朱爽鑫，許東輝，田恩剛

上海理工大學光電信息與計算機工程學院，上海200093

摘要： 對SP型ICPT系統(tǒng)在外部干擾下的H∞濾波問題展開了研究。首先對SP型ICPT系統(tǒng)的電路拓撲進行研究并且以此創(chuàng)設了基于此電路拓撲的廣義狀態(tài)空間方程；然后通過濾波誤差系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判定條件求取H∞濾波器的增益；最后通過實驗仿真來驗證本文所提出理論的準確性和可行性。

關鍵詞： ICPT系統(tǒng) H濾波器 SP型諧振補償網(wǎng)絡外部干擾

中圖分類號： TM724
文獻識別碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222574
中文引用格式： 梁國鈺，苗磊，黃淦珂，等. 外部干擾下SP型ICPT系統(tǒng)的H∞濾波器設計[J].電子技術應用，2022，48(12)：104-109.
英文引用格式： Liang Guoyu，Miao Lei，Huang Ganke，et al. H∞ filter design of SP type ICPT system with external interference[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(12)：104-109.

H∞ filter design of SP type ICPT system with external interference

Liang Guoyu，Miao Lei，Huang Ganke，Zhu Shuangxin，Xu Donghui，Tian Engang

School of Optical-Electrical and Computer Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China

Abstract： In this paper, the H∞ filter problem under external disturbance is studied for the inductive coupled power transfer(ICPT) system with the series-parallel(SP) resonant compensation network. To suppress external disturbance and obtain ideal estimation results at the same time, a generalized state space equation based on the circuit topology of the SP-ICPT system is established firstly. Then, a series of H∞ filtering gains is obtained by the asymptotic stability judgment condition of the filter error system. Finally, a simulation with regard of SP-ICPT system is carried out to verify the accuracy and feasibility of the theory proposed in this paper.

Key words : ICPT；H∞ filter；SP resonance compensation network；external interference

0 引言

感應式耦合電能傳輸(Inductive Coupled Power Transfer，ICPT)是一種利用交變電磁場實現(xiàn)對電能無線傳導的技術，其中包含了五個部分，分別為：逆變電路、諧振補償網(wǎng)絡、整流電路、電磁耦合線圈以及純阻性負載。ICPT顛覆了傳統(tǒng)的能源利用方式，并廣泛應用于植入式醫(yī)療器械、集成電路、太陽能衛(wèi)星、電動汽車、無人飛機等眾多領域^[1-3]。

之所以本文采取諧振補償網(wǎng)絡來提高系統(tǒng)能量傳輸?shù)男?sup>[4]，是因為系統(tǒng)中原邊線圈和副邊線圈之間的空氣間隙較大。SP型諧振補償網(wǎng)絡的電磁耦合線圈串聯(lián)原邊諧振補償電容，電磁耦合線圈并聯(lián)副邊諧振補償電容。

作為高階系統(tǒng)的ICPT系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能會受自身參數(shù)變動和外部干擾信號等不確定變量的影響^[6]。為準確估計ICPT系統(tǒng)在外部干擾下狀態(tài)變量的實時變化情況，需用一定的濾波方法來獲得理想的估計結果。例如：卡爾曼濾波器(或擴展卡爾曼濾波器)已普遍應用于具有高斯噪聲的線性(或非線性)系統(tǒng)^[7]；H∞濾波方法能夠保證能量誤差噪聲服從預先規(guī)定的干擾衰減水平^[8-12]；方差約束濾波方法所設計的濾波器增益不僅保證濾波誤差的方差最小，還需保證該誤差能夠達到可接受的水平^[13-15]；對于帶有未知卻有界噪聲的線性(非線性)系統(tǒng)，集元濾波方法被視為一種可靠的濾波方法^[16]。為了抑制外部干擾對系統(tǒng)造成的影響，本文采用H∞濾波方法來保證ICPT系統(tǒng)的濾波誤差漸近穩(wěn)定。

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作者信息：

梁國鈺，苗磊，黃淦珂，朱爽鑫，許東輝，田恩剛

(上海理工大學光電信息與計算機工程學院，上海200093)

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