1.一种基于三阶段粒子群算法的电动汽车无线充电控制系统优化方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,搭建无线电力传输系统电路模型;
步骤2,设计分段PID控制系统实现对buck电路开关的分阶段控制;
步骤3,使用粒子群算法对各阶段控制器参数与结束时间进行自适应优化,得到各阶段的最优控制器参数与结束时间;
步骤4,将步骤3优化所得参数输入分段控制系统,分段控制系统输出开关信号u控制buck电路开关动作,实现对无线电力传输系统的最优控制效果;
步骤1中,所述无线电力传输系统电路模型包括耦合系统、整流器与buck电路;
其中,所述耦合系统实现能量的非接触传输,所述整流器实现交流信号到直流信号的转换,所述buck电路实现电压降压输出处理;
步骤2包括如下步骤:
步骤2.1,将电压追踪的过程分为3个阶段,设计分段控制方程,并输入3个时间值t1、t2、t3来划分无线电力传输系统所处阶段;
步骤2.2,向PID控制器输入3组控制器参数[kp1,ki1]、[kp2,ki2]、[kp3,ki3]来表示各个阶段须采用的参数组合;其中,kpi表示第i阶段的比例增益系数,kii表示第i阶段的积分增益系数;i取值为1、3、3;
步骤2.3,分段控制方程根据时间信号判断系统所处阶段,并生成对应的控制信号c来控制PID控制器;
步骤2.4,PID控制器接收控制信号c,根据系统所处阶段采用对应的控制器参数组合;
其中,c=1时,PID 控制器采用控制器参数组合[kp1,ki1];c=2时,PID 控制器采用控制器参数组合[kp2,ki2];c=3时,PID 控制器采用控制器参数组合[kp3,ki3];
步骤2.1中所述3个阶段分别为:第一阶段:启动阶段;
第二阶段:追踪阶段;
第三阶段:稳定阶段;
步骤2.1中,所述分段控制方程是一种基于时间信号的控制逻辑,用于在控制器运行过程中判断系统当前所处的阶段,并输出对应的控制信号c,表示为如下形式:(1),
其中,t为当前系统时间,,,分别表示第一、第二、第三阶段的结束时间;
步骤2.2中,第一阶段采用参数组合[kp1,ki1],第二阶段采用参数组合[kp2,ki2],第三阶段采用参数组合[kp3,ki3];
步骤3包括如下步骤:
步骤3.1,初始化PSO算法参数;
步骤3.2,开始第一阶段参数优化,根据启动阶段性能指标定义第一阶段适应度函数;
步骤3.3,初始化粒子群,每个粒子代表一组控制器参数[kp1,ki1,t1];
步骤3.4,对粒子群进行适应度评估、迭代优化,直到达到算法终止条件,得到控制器参数[kp1,ki1,t1]的最优组合;
步骤3.5,开始第二阶段参数优化,根据追踪阶段性能指标定义第二阶段适应度函数;
步骤3.6,初始化粒子群,每个粒子代表一组控制器参数[kp2,ki2,t2];
步骤3.7,对粒子群进行适应度评估、迭代优化,直到达到算法终止条件,得到控制器参数[kp2,ki2,t2]的最优组合;
步骤3.8,开始第三阶段参数优化,根据稳定阶段性能指标定义第三阶段适应度函数;
步骤3.9,初始化粒子群,每个粒子代表一组控制器参数[kp3,ki3,t3];
步骤3.10,对粒子群进行适应度评估、迭代优化,直到达到算法终止条件,得到控制器参数[kp3,ki3,t3]的最优组合。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3.1中,所述PSO算法参数包括:种群规模N,最大迭代次数 ,惯性系数 ,自我学习因子 和群体学习因子 。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤3.2中,启动阶段性能指标包括电流过冲、电压上升速率与电压超调;
第一阶段适应度函数 计算公式为:
(2),
(3),
(4),
(5),
其中, 、 和 分别表示第一阶段的电流过冲、电压超调与电压上升速率, 是开始时间,是待优化的第一阶段结束时间,是降压电路的实时电感电流,是最大电流限制,表示系统输出电压, 是参考电压, 是时间 时刻的电压, 、 和 是权重系数。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤3.3中,所述初始化粒子群包括:位置初始化:
(6),
其中 表示粒子的位置, 与 构成了第d维度对应的控制器参数位置变量的优化空间, 表示位置变量优化空间的下限, 表示位置变量优化空间的上限;
速度初始化:
(7),
其中 表示粒子的速度, 与 共同构成第d维度对应的控制器参数速度变量的优化空间, 表示速度变量优化空间的下限, 表示速度变量优化空间的上限;
步骤3.4中,所述迭代优化包括:
更新每个粒子的个体极值与全局极值:(8),
(9),
其中, 表示粒子 的适应度, 表示粒子 的个体极值, 表示全局极值;
更新每个粒子的速度和位置:
(10),
(11),
其中 表示粒子的速度, 表示粒子的位置, 是惯性系数,和 是从0到1随机生成的参数, 是自我学习因子, 是群体学习因子, 表示第d维度的个体极值, 表示第d维度的全局极值;
计算公式为:
(12),
其中 和 是设定的阈值,ger表示当前代数;
步骤3.5中,追踪阶段性能指标包括追踪时间、开关损耗与电压波动;
第二阶段适应度函数 计算公式为:
(13),
(14),
(15),
(16) ,
其中, 、 和 分别表示第二阶段的追踪时间、开关振动和电压波动, 是参考电压和输出电压之间的误差小于阈值的临界时刻,同时也是待优化的第二阶段结束时间, 是追踪阶段的开关振动次数, 是一段以阶段切换节点 为中心的有限区间, 、 和是权重系数;
步骤3.8中,稳定阶段性能指标包括稳态误差、开关损耗与电压波动;
第三阶段适应度函数 计算公式为:
(17),
(18),
(19),
(20),
其中, 、 和 分别表示第三阶段的稳态误差、开关振动和电压波动, 表示待优化的第三阶段结束时间, 表示测量误差所需的采样时间, 表示稳定阶段开关振动次数,、 和 是权重系数。