无线电能传输系统MATLAB仿真问题

Question

我利用simulink建立了一个无线电能传输系统的模型，由逆变器，谐振网络和整流装置三部分组成，逆变器输出的是完整的方波交流电压。但是我不知道为什么通过谐振网络后电压输出变成了如下图一所示的样子，非常不规则而且电压值比输入电压小很多，并且整流侧输出的电压和电流也非常不规则，我一头雾水不知道为什么会输出成这样，是要改哪个参数还是要怎么样

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

为了解决你的问题，我们首先需要分析可能导致谐振网络后电压输出不规则且幅度减小的原因，以及整流装置输出电压和电流不规则的问题。这里有几个可能的故障点和解决策略：

1. 谐振网络设计

• 频率匹配：确保你的逆变器输出频率与谐振网络的自然频率相匹配。不匹配会导致能量传递效率低，输出波形失真。你需要计算或调整LC谐振电路的参数（L和C的值），使其谐振频率接近逆变器输出频率。
• 品质因数(Q值)：高Q值的谐振电路能更有效地放大电压，但同时也可能增加对频率匹配的敏感度。确认你的Q值是否过高或过低，并根据系统需求调整。

2. 损耗考虑

• 元件损耗：检查谐振网络中的电阻性损耗（如实际电感和电容的ESR/ESL），这些损耗会减少电压幅度并可能导致波形畸变。在模型中加入这些非理想因素，看看是否改善了仿真结果。

3. 仿真设置

• 仿真步长：过大的仿真步长可能导致高频成分的丢失，影响波形的准确性。尝试减小仿真步长（比如在Solver配置中设置更小的MaxStepSize）。
• 仿真类型：确认你使用的是合适的仿真类型（连续还是离散）。对于电力电子系统，通常推荐使用带有合适解算器的连续仿真模式。

4. 整流器设计

• 整流特性：检查整流器（如二极管桥）是否正确建模，包括其正向压降和反向恢复特性。这些非理想因素可能引起输出波形畸变。
• 滤波器：在整流器后添加适当的滤波电路（如LC滤波器），可以平滑输出电压和电流波形。

解决策略实施建议

调整谐振网络

% 假设原L和C值
L_val = 1e-3; %亨利
C_val = 100e-9; %法拉
freq_desired = 100e3; %目标谐振频率，例如100kHz

% 计算理想谐振频率
omega_0 = 1/sqrt(L_val*C_val);
freq_actual = omega_0/(2*pi);

% 调整L或C使freq_actual接近freq_desired
if freq_actual < freq_desired
    C_val = C_val * sqrt(freq_desired/freq_actual);
else
    L_val = L_val * sqrt(freq_actual/freq_desired);
end

改善仿真设置

在Simulink模型的Solver配置中，降低MaxStepSize至一个较小的值，如1e-6或更小，具体依据系统动态响应决定。

添加滤波器

在整流器之后添加一个简单的LC滤波器，例如：

% LC滤波器参数示例
L_filter = 10e-3; % 亨利
C_filter = 10e-6; % 法拉

结论

先从上述方面进行调整，特别是频率匹配、损耗考虑、仿真设置和整流器后滤波。逐一排查并优化，应该能够显著改善你的仿真结果。如果问题依然存在，可能需要更详细地检查每个模块的参数设置和连接方式，确保没有其他潜在的错误配置。