上科大信息学院傅旻帆课题组在电力电子建模领域取得两项重要成果

成果一：两级无线充电系统的稳定性分析与控制器设计

为了提高感应式无线电能传输系统（IPT）的设计与控制自由度，可以在IPT系统的后端加入电力电子变换器，形成两级IPT系统。然而，这种两级系统在某些情况下可能会出现动态性能较差甚至不稳定的现象。为了解决这个问题，傅旻帆课题组从系统的小信号模型出发，利用IPT系统阻抗模型分析了两级系统之间的耦合。通过建立整个系统的小信号模型和传递函数，他们系统地讨论了母线电容的影响，以及母线电容与系统控制带宽之间的平衡关系。最终，他们提出了具有不同响应速度的控制器设计策略，并进行了闭环实验验证。

图1 系统小信号模型及参数分析

图2 不同应用需求的控制策略及动态响应特性

该成果以Stability and Controller Design of a Two-Stage IPT System为题，在工业电子领域知名国际期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics上在线发表。2021级博士研究生郑广策为第一作者。合作作者包括课题组硕士研究生李天琦、博士研究生汪鑫林。

成果二：IPT系统的线性大信号模型

大信号模型可以用于分析和预测系统在面临大扰动时的响应。然而现有的大信号模型存在着复杂、非线性、缺乏物理意义等不足，使得大信号模型难以应用。傅旻帆课题组 深入研究了IPT系统中逆变器、谐振腔和整流器模型，通过逆变器和谐振腔固有的线性特征以及分段线性化方法，分别推导出了逆变器、谐振腔和整流器的线性大信号模型。最终，推导出了IPT系统的线性大信号模型，并开展了时域实验验证。

图3 线性大信号模型及时域扰动验证

该成果以 A Linear Large-Signal Model for Inductive Power Transfer System为题，在工业电子领域知名国际期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics上在线发表。2021级硕士研究生祁超群为第一作者。合作作者包括课题组博士研究生郑广策。

以上成果从理论上展现了IPT系统建模与经典电力电子谐振变化器建模的异同性，推动了成熟控制方法在IPT系统中的应用，这些工作全部在上科大完成，傅旻帆教授为通讯作者，上科大为第一完成单位。