申请/专利权人：南京工程学院

申请日：2021-12-14

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN114172243B

主分类号：H02J7/00

分类号：H02J7/00;H02J7/14;H02J50/10;H02J50/12;H02J50/80;H02J50/90

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2022.03.29#实质审查的生效;2022.03.11#公开

摘要：本发明涉及基于GPI位置控制器的水下航行器无线充电系统及控制方法，所述系统包括水上充电平台和水下航行器，其中，水上充电平台包括发电机、全桥逆变器和电能发射线圈，水下航行器包括电能接收线圈、降压变换器和电池；所述水上充电平台还包括一次侧通信模块、一次侧控制器和PWM‑i调制器，水下航行器还包括二次侧通信模块、二次侧控制器、PWM‑b调制器和GPI位置控制器。相比于现有技术，本发明提出的无线充电系统能够在湍流扰动下具有较好的容忍度，且能够根据航行器机载电路负载情况和耦合系数的变化，进行输电线路参数匹配，使无线充电系统保持恒定的负载电压和尽可能大的电能传输效率，大大减少了航行器的电能补给时间。

主权项：1.一种基于GPI位置控制器的水下航行器无线充电系统，包括水上充电平台和水下航行器，其特征在于，所述水上充电平台包括发电机、整流器、全桥逆变器和电能发射线圈，所述水下航行器包括电能接收线圈、整流器、降压变换器和电池；水下航行器充电时，发电机产生的电能通过水上充电平台的整流器和全桥逆变器传递至电能发射线圈，电能接收线圈与电能发射线圈通过强磁耦合产生变化电流，变化电流通过水下航行器的整流器和降压变换器传递至电池端为电池充电；所述水上充电平台还包括一次侧通信模块、一次侧控制器和PWM-i调制器，一次侧控制器用于对一次侧通信模块的信号进行在线参数计算，并用于控制PWM-i调制器信号的频率和占空比以实现对全桥逆变器开关的通断频率控制；所述水下航行器还包括二次侧通信模块、二次侧控制器、PWM-b调制器、动力装置和GPI位置控制器，二次侧控制器用于对二次侧通信模块的信号进行在线参数计算，并用于控制PWM-b调制器信号的占空比以实现对降压变换器开关的通断频率控制；二次侧通信模块与一次侧通信模块间进行无线通信，用于实现在线参数计算过程中的参数信息互通，并用于获取水上充电平台的指定参考位置；动力装置在GPI位置控制器的控制下调整水下航行器的位姿，使其在水上充电平台的指定参考位置进行充电，GPI位置控制器用于实现对水下航行器集总扰动的抑制和位姿修正；所述水下航行器的自身固定坐标系为右手坐标系，其原点位于水下航行器的重心处，x、y、z轴分别指向水下航行器的前方、右舷、下方，水下航行器的运动包括沿x轴前进、沿y轴摆动和关于z轴的偏转，具有相应的x,y,三自由度；所述水下航行器的动力学模型为含扰动的三自由度模型： 其中，M为惯性质量矩阵且M＝MRB+MA，MRB为水下航行器的刚体质量矩阵，MA为附加质量矩阵，CV为科里奥利力和向心力矩阵且CV＝CRBV+CAV，CRBV为刚体质量的科里奥利力和向心力矩阵，CAV为附加质量的科里奥利力和向心力矩阵，DV为粘性阻尼矩阵，gη为流体静力恢复力矢量，τ为轨迹控制器的控制矢量和力矩，ζt为集总扰动，表示影响系统的扰动集合，V表示集总扰动下水下航行器的相对速度，为V的一阶微分；将所述动力学模型转换为以下形式： 解得， 其中，为水下航行器在x、y、z轴方向的线性加速度矢量，m为水下航行器的质量，Iz为水下航行器在z轴上的惯性力矩，分别是水下航行器x、y、z轴方向的集总扰动，τ1、τ2、τ3分别是x、y、z轴上轨迹控制器的控制矢量和力矩，为x轴方向上水动力由于各自加速度引起的附加质量，为流速的一阶微分，为y轴方向上水动力由于各自加速度引起的附加质量，为管速的一阶微分，为z轴方向上水动力由于各自加速度引起的附加质量，为转速的一阶微分。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 南京工程学院 基于GPI控制器的水下航行器无线充电系统及控制方法

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