사각형입니다.

https://doi.org/10.6113/JPE.2018.18.5.1434

ISSN(Print): 1598-2092 / ISSN(Online): 2093-4718



Design of Active Disturbance Rejection Control for Inductive Power Transfer Systems


Yanan Wang, Lei Dong*, Xiaozhong Liao*, Xinglong Ju**, and Furong Xiao***


†,*Department of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing, China

**Beijing Institute of Space Launch Technology, Beijing, China

***Huawei Technologies CO., LTD, Shenzhen, China



Abstract

The control design of inductive power transfer (IPT) systems has attracted a lot of attention in the field of wireless power transmission. Due to the high-order resonant networks and multiple loads in IPT systems, a simplified model of an IPT system is preferred for analysis and control design, and a controller with strong robustness is required. Hence, an active disturbance rejection control (ADRC) for IPT systems is proposed in this paper. To realize the employment of ADRC, firstly a small-signal model of an LC series-compensative IPT system is derived based on generalized state-space averaging (GSSA), then the ADRC is implemented in the designed IPT system. The ADRC not only provides superior robustness to unknown internal and external disturbances, but also requires few knowledge of the IPT system. Due to the convenient realization of ADRC, the designed IPT system retains its simple structure without any additional circuits. Finally, a frequency domain analysis and experimental results have validated the effectiveness of the employed ADRC, especially its robustness in the presence of frequency drifts and other common disturbances.


Key words: Active disturbance rejection control, Frequency drift, Generalized state-space averaging, Inductive power transfer, Small-signal model


Manuscript received Nov.14, 2017; accepted Apr. 2, 2018

Recommended for publication by Associate Editor Hao Ma.

Corresponding Author: correspondent_dong@163.com Tel: +86-1068912460, Beijing Institute of Technology

*Department of Automation, Beijing Institute of Technology, China

**Beijing Institute of Space Launch Technology, China

***Huawei Technologies CO., LTD, China



Ⅰ. INTRODUCTION

Inductive power transfer (IPT) systems (see Fig. 1) are widely employed to deliver power to loads over a relatively large air gap via magnetic coupling. This technology has been applied in home appliances [1], [2], implantable devices [3], [4], and electrical vehicles [5]-[7]. The control design of IPT systems has always been a key issue in previous research, most of which focused on the power transfer capability and the output voltage controllability at the Rx side [8]-[11]. Generally, both Tx sidee and Rx side of a IPT system require a controller [12], [13], which results in a complex control strategy for the IPT system. To facilitate the information synchronization between Tx and Rx sides, some researchers have tried to implement communication by frequency-shift keying (FSK) and magnitude-shift keying (ASK) [14], an auxiliary coil in the pick-up side [15], or the use of transfer coupling coils [16]. However, these design methods have complicated system structures and consume significant resources. To deal with these issues, some intelligent techniques, such as an improved ant colony algorithm, adaptive sliding- mode control, particle swarm optimization, and PID controller tuning by neural networks, have been proposed for IPT systems [17]-[20]. However, these intelligent methods just shift the complication of the control design from hardware to software. In addition, they always suffer from tedious codes.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c582400.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1547pixel, 세로 550pixel

Fig. 1. Typical IPT system.


Some previous studies have focused on research of the Tx side, such as the influence analysis of Tx coils [21], robust Tx design [22], and constant primary current operation [23]. The stability and robustness of the Tx side deserves more research, especially for dynamic EV charging systems [24], [25], which require independence of the Rx side. Therefore, a method to enhance the robustness of IPT systems is a key point of the involved control design.

In light of the above-mentioned issues, an active disturbance rejection control (ADRC) method is presented for IPT systems in this paper. Considering high-order resonant networks, it is always difficult to obtain accurate non-linear models of IPT systems. Consequently, dynamic models for IPT systems have been developed based on state space [26], [27], and a simplified current model is drawn for the employment of ADRC. In the literature, there are two common types of current modeling methods, discrete time-mapping modeling [28], and generalized state-space averaging (GSSA) modeling [29]. Because GSSA can transform a nonlinear model in the time domain into a linear state space model in the frequency domain, this method is particularly suitable for the control design of full resonant converters [30], [31].

Hence, a small-signal model of a typical IPT system is derived on the basis of GSSA in this paper. Then the detailed design process of the ADRC and a robustness analysis of the close-loop system are presented. Converting all of the Rx side circuits as a reflected voltage to the Tx side, the ADRC is only employed in the Tx side controller of an IPT system, which simplifies the design of controller. Moreover, due to the convenient realization of the ADRC, the designed IPT system retains its simple structure without any additional circuits. Finally, the effectiveness of the proposed ADRC has been demonstrated through experimental results. Since the ADRC only requires a little knowledge of the controlled IPT system, it can be applied to any IPT systems with the typical structure shown in Fig. 1, such as the dynamic EV charging systems.



Ⅱ. PRELIMINARY


A. Generalized State-Space Averaging

To realize the dynamic control of ADRC, a small-signal linear model should be derived to approximate the nonlinear part of an IPT system. Both generalized state-space averaging (GSSA) [32] and state-space averaging (SSA) have been widely applied to derive small-signal models of pulse-width modulated power converters. Since SSA is inapplicable to calculating the AC state variables of the illustrated IPT system, GSSA is adopted to derive the small-signal model in this paper. It is worth mentioning that GSSA is based on the fact that a given waveform 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0009.bmp
원본 그림의 크기: 가로 121pixel, 세로 68pixel in the interval 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c000a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 247pixel, 세로 80pixel can be approximated with any desired accuracy by using a complex Fourier series expression as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0001.bmp
원본 그림의 크기: 가로 973pixel, 세로 90pixel   (1)

where the sum is over all of the integers k, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00002e900002.bmp
원본 그림의 크기: 가로 541pixel, 세로 65pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c000b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 48pixel, 세로 54pixel corresponds to the period of the fundamental harmonic, and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40076.bmp
원본 그림의 크기: 가로 111pixel, 세로 74pixel is the 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40077.bmp
원본 그림의 크기: 가로 90pixel, 세로 65pixel complex Fourier coefficient, which is determined by:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0002.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1110pixel, 세로 128pixel       (2)

The objective of GSSA is to determine an appropriate state-space model in which the coefficients in Equ. (2) are state variables. Assume that the time-domain nonlinear differential model of a typical converter system is shown as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580003.bmp
원본 그림의 크기: 가로 621pixel, 세로 129pixel    (3)

where are 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0007.bmp
원본 그림의 크기: 가로 585pixel, 세로 94pixel are the state variables and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0008.bmp
원본 그림의 크기: 가로 567pixel, 세로 88pixel is the input. Based on the time derivative characteristics, Equ. (3) can be derived as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580004.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1212pixel, 세로 126pixel       (4)

Linearizing 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c000c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 511pixel, 세로 78pixel by the convolution characteristics, Equ. (4) can be derived as a state-space model:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580005.bmp
원본 그림의 크기: 가로 681pixel, 세로 138pixel          (5)

where 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c000d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 113pixel, 세로 65pixel can be represented as the real part and imaginary part separately. Then state matrix 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40078.bmp
원본 그림의 크기: 가로 45pixel, 세로 53pixel and input matrix 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40079.bmp
원본 그림의 크기: 가로 52pixel, 세로 52pixel can be obtained by solving Equ. (5). Hence, given the nonlinear differential model of the resonant converter in the time domain, the GSSA model can be derived as a state-space model with the state variables represented by complex Fourier components. It is important to note that the inputs and outputs of the GSSA model are the RMS values of actual signals averaged over a period defined by 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c000e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 78pixel, 세로 64pixel. Unlike SSA, GSSA is not subject to the assumption that input variables vary slowly [33]. Consequently, GSSA can be applied to the modeling and analysis of a lot more kinds of IPT systems. Especially, the GSSA method is suitable for low-order (below 5th) resonant converters [29].


B. Active Disturbance Rejection Control

Active disturbance rejection control (ADRC) was first proposed by Professor Han to combine the advantages of PID control and modern control theory [34]. By estimating the total system disturbances, ADRC compensates the system with linear or nonlinear feedback in real-time. The framework of ADRC is shown in Fig. 2, where 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c000f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 48pixel, 세로 57pixel is the reference input, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0010.bmp
원본 그림의 크기: 가로 149pixel, 세로 63pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0011.bmp
원본 그림의 크기: 가로 59pixel, 세로 61pixel are the estimated state variables, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001b9c06d8.bmp
원본 그림의 크기: 가로 63pixel, 세로 67pixel is the compensation factor, and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80005.bmp
원본 그림의 크기: 가로 37pixel, 세로 45pixel is the output. ADRC generally consists of a transient process, an extended state observer (ESO), a disturbance compensation unit and a control law.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580006.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1541pixel, 세로 492pixel

Fig. 2. Framework of ADRC.


The constraints and the order of the controlled plant should be considered to design a suitable transient process [34], which is relatively complex for IPT systems. Hence, the transient process is not used in the proposed ADRC for IPT systems in this paper.


1) Extended State Observer

Generally, an extended state observer (ESO) is adopted to estimate the state variables of the considered system. Denote 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0013.bmp
원본 그림의 크기: 가로 288pixel, 세로 70pixel as an unknown disturbance of a second-order system that needs to be estimated. Then the third-order ESO can be obtained as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0003.bmp
원본 그림의 크기: 가로 755pixel, 세로 334pixel           (6)

where , 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0014.bmp
원본 그림의 크기: 가로 160pixel, 세로 73pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580009.bmp
원본 그림의 크기: 가로 70pixel, 세로 59pixel are the estimated state variables of , 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58000a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 63pixel, 세로 57pixel그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58000b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 67pixel, 세로 52pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58000c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 286pixel, 세로 79pixel, respectively. With suitable parameters ,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001b9c0004.bmp
원본 그림의 크기: 가로 354pixel, 세로 63pixel, and functions ,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001b9c0005.bmp
원본 그림의 크기: 가로 592pixel, 세로 70pixel, the steady-state error 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58000f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 34pixel, 세로 38pixel can be negligible, and the unknown disturbance 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580010.bmp
원본 그림의 크기: 가로 281pixel, 세로 71pixel can be estimated by the ESO.


2) Disturbance Compensation and Control Law

As mentioned above, to eliminate the influence of the disturbance 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580011.bmp
원본 그림의 크기: 가로 280pixel, 세로 69pixel, the extended state 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580009.bmp
원본 그림의 크기: 가로 70pixel, 세로 59pixel is adopted as a negative feedback to the control system as shown in Fig. 2. Thus, the disturbance can be compensated as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0004.bmp
원본 그림의 크기: 가로 317pixel, 세로 155pixel      (7)

Assuming 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580014.bmp
원본 그림의 크기: 가로 426pixel, 세로 74pixel, the second-order system becomes an integrators series system 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580015.bmp
원본 그림의 크기: 가로 246pixel, 세로 66pixel. After that, a PID controller or a nonlinear control law can be adopted as the control law to achieve acceptable performance. In summary, ADRC does not depend on an accurate system model, and it considers all unknown components as disturbances to be estimated and compensated. Hence, ADRC is particularly suitable for the illustrated IPT system, whose accurate mathematic model is difficult to derive due to the nonlinear part of the system.



Ⅲ. ACTIVE DISTURBANCE REJECTION CONTROL BASED INDUCTIVE POWER TRANSFER SYSTEM

The LC series resonant tank, which is susceptible to external disturbances, such as load variations and frequency drifts, is considered in the designed IPT system. By applying ADRC to an IPT system with an LC series resonant tank in the transmitting (Tx) circuit, this section aims to derive the structure of the IPT system with integrated ADRC and to verify the robustness of the close-loop system. A small-signal model of the IPT system is derived from a GSSA model. Then the design and an analysis of the developed ADRC controller are presented.


A. Small-Signal Model of an IPT System

It should be mentioned that, in IPT systems, the receiving (Rx) circuit structure including a secondary controller, the coupling coefficient or load may change in different situations. Hence, a conventional small-signal model considering only a certain Rx topology is not suitable for IPT systems. In fact, the influence of the Rx circuit on the transmitter side is equivalent to a reflected voltage in the Tx coil [26], [31], which can be considered as a disturbance when modeling the Tx circuit. In this way, the modeling of the Tx circuit is independent of the receiving circuit topology. A simplified model of the IPT system can be obtained as shown in Fig. 3.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580016.bmp
원본 그림의 크기: 가로 721pixel, 세로 473pixel

Fig. 3. Simplified model of an IPT system with an LC series Tx resonant tank. 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0016.bmp
원본 그림의 크기: 가로 61pixel, 세로 67pixel is the input AC voltage source, L and C are the resonant inductor and capacitor, respectively, and R is the equivalent resistance of the Tx circuit. The effect of the receiver is abstracted as a reflected voltage 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001b9c0001.bmp
원본 그림의 크기: 가로 58pixel, 세로 61pixel.


Despite the Rx circuit structure, an AC inductive voltage 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a4007c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 63pixel, 세로 69pixel generated in the Tx coil is used to represent the influence of the Rx circuit on the Tx side. From Fig. 3, differential equations of the LC series-compensative IPT system can be achieved as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000092c0005.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1368pixel, 세로 220pixel   (8)

where the AC input voltage 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580019.bmp
원본 그림의 크기: 가로 58pixel, 세로 68pixel, generated by switch actions of the inverter, is actually a square signal, which is presented as a combination of the sign function 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58001a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 180pixel, 세로 69pixel and the sine function 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80007.bmp
원본 그림의 크기: 가로 163pixel, 세로 63pixel. Assuming that the Tx and Rx circuits are working at the resonant frequency, all of the voltages and currents, including the inductive voltage,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58001c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 66pixel, 세로 65pixel can be represented as sinusoidal values. In addition, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a4007d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 39pixel, 세로 57pixel is the phase difference between 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58001d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 57pixel, 세로 59pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58001e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 64pixel, 세로 62pixel. Replace the variables of Equ. (8) with their complex Fourier series representations as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000012680c9f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1557pixel, 세로 103pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580020.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1465pixel, 세로 107pixel      (9)

where 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580021.bmp
원본 그림의 크기: 가로 78pixel, 세로 55pixel is the fundamental frequency. Provided that the higher order harmonics are negligible, the IPT system can be approximately modeled based on fundamental complex Fourier components, which correspond to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580022.bmp
원본 그림의 크기: 가로 310pixel, 세로 68pixel. Considering the conjugate symmetry of the Fourier series, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580023.bmp
원본 그림의 크기: 가로 358pixel, 세로 80pixel , and, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580024.bmp
원본 그림의 크기: 가로 527pixel, 세로 71pixel Equ. (8) can be rewritten with the fundamental positive component (그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580026.bmp
원본 그림의 크기: 가로 151pixel, 세로 56pixel) as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580027.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1249pixel, 세로 378pixel      (10)

Denote the real and imaginary parts of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580028.bmp
원본 그림의 크기: 가로 196pixel, 세로 71pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580029.bmp
원본 그림의 크기: 가로 204pixel, 세로 73pixel as 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58002a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 242pixel, 세로 65pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58002b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 256pixel, 세로 75pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58002c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 254pixel, 세로 63pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58002d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 268pixel, 세로 69pixel, respectively. Then the general averaged state variables are defined as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80008.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1300pixel, 세로 236pixel    (11)

To clearly illustrate the influence of the Rx circuit, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58002f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 252pixel, 세로 73pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580030.bmp
원본 그림의 크기: 가로 250pixel, 세로 70pixel are denoted as 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580031.bmp
원본 그림의 크기: 가로 117pixel, 세로 71pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580032.bmp
원본 그림의 크기: 가로 116pixel, 세로 66pixel, respectively. By substituting Equ. (11) into Equ. (10), the GSSA model of the LC series-compensative IPT system can be derived as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580033.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1372pixel, 세로 398pixel          (12)

Note that the resonant current is approximated as the sum of the fundamental complex Fourier components, which correspond to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP0000173004d9.bmp
원본 그림의 크기: 가로 434pixel, 세로 73pixel. Thus, the magnitude and RMS of the resonant current are given by:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580034.bmp
원본 그림의 크기: 가로 781pixel, 세로 100pixel      (13)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580035.bmp
원본 그림의 크기: 가로 558pixel, 세로 113pixel      (14)

To illustrate the response of the resonant current to a disturbance in 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580036.bmp
원본 그림의 크기: 가로 65pixel, 세로 77pixel, a small-signal model of the theoretical GSSA model is derived by replacing each of the state variables and the input to the GSSA model with their steady-state and small disturbance terms as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580037.bmp
원본 그림의 크기: 가로 830pixel, 세로 67pixel    (15)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580038.bmp
원본 그림의 크기: 가로 732pixel, 세로 92pixel        (16)

Substituting Equ. (15) and Equ. (16) into Equ. (12), the derived small-signal model is:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580039.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1366pixel, 세로 400pixel          (17)

The magnitude and RMS of the resonant current are also represented in small-signal forms as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58003a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 962pixel, 세로 165pixel   (18)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58003b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 971pixel, 세로 177pixel       (19)

The derived small-signal model of the LC series- compensative IPT system describes how the resonant tracking current responds to a disturbance in 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58003c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 62pixel, 세로 68pixel, and these RMS values are all averaged over a resonant period.


B. IPT System with ADRC

To apply ADRC to an LC series-compensative IPT system, the control object of the small-signal model should be RMS values and expressed in the form of Equ. (11). For IPT systems, the resonant current represents the injected power to the Tx tank, and its robustness confirms the stability of the whole system, both of which were the focus of previous studies [12], [15], [31]. Moreover, control of the RMS value of the resonant current can ensure a stable power output from the Tx tank to the Rx side, and it would not be affected by different Rx circuits or loads. Therefore, the RMS value of the resonant current was chosen as the control object of the ADRC in this paper. Assume that 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58003d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 262pixel, 세로 79pixel, and calculate the derivation of Equ. (19) as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58003e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 870pixel, 세로 192pixel        (20)

Substituting Equ. (17) into Equ. (20) yields:

그림입니다.
원본 그림의 이름: 21.PNG
원본 그림의 크기: 가로 1297pixel, 세로 471pixel    (21)

Based on ADRC, the unknown parameters, state variables, and disturbances are regarded as equivalent disturbances. In Equ. (21), the known input voltage 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580041.bmp
원본 그림의 크기: 가로 57pixel, 세로 69pixel acts as the control input, which aims to eliminate perturbations of the RMS resonant current caused by disturbances, that is 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8000a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 109pixel, 세로 61pixel. Then Equ. (21) is rewritten as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580042.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1292pixel, 세로 152pixel       (22)

1) Extended State Observer

In this subsection, a second-order ESO is established for the controlled object shown in Equ. (22) as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580043.bmp
원본 그림의 크기: 가로 596pixel, 세로 233pixel    (23)

where 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580044.bmp
원본 그림의 크기: 가로 66pixel, 세로 75pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580045.bmp
원본 그림의 크기: 가로 69pixel, 세로 66pixel are gain factors that are adjustable, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000017300003.bmp
원본 그림의 크기: 가로 880pixel, 세로 149pixel which is the compensation factor. Transferring Equ. (23) into the state space representation yields:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580048.bmp
원본 그림의 크기: 가로 990pixel, 세로 164pixel   (24)

Thus, the transfer functions of Equ. (24) can be achieved as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580049.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1060pixel, 세로 132pixel    (25)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58004a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1056pixel, 세로 122pixel    (26)

According to the parameter tuning guidance of ADRC proposed by Prof. Gao Zhiqiang [35], 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58004b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 65pixel, 세로 64pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58004c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 62pixel, 세로 66pixel can be expressed as functions of the bandwidth of the ESO 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58004d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 79pixel, 세로 51pixel, i.e. 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58004e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 260pixel, 세로 65pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58004f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 226pixel, 세로 76pixel. Then the characteristic equations of Equ. (25) and Equ. (26) are in the form of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580050.bmp
원본 그림의 크기: 가로 255pixel, 세로 74pixel to ensure the stability of the ESO.


2) Disturbance Compensation and Control Law

According to Part B of section II, the estimated value of an unknown disturbance 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580051.bmp
원본 그림의 크기: 가로 941pixel, 세로 81pixel, that is 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580052.bmp
원본 그림의 크기: 가로 134pixel, 세로 75pixel, is fed back into the ADRC based system for compensating the unknown disturbance as:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580053.bmp
원본 그림의 크기: 가로 469pixel, 세로 130pixel          (27)

It is worth noting that there is only one feedback signal 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580054.bmp
원본 그림의 크기: 가로 154pixel, 세로 83pixel to the controller part, and that the controlled IPT system is transferred into a first-order pure integral system with the ESO and disturbance compensation unit. Hence, the P controller is sufficient to apply as a control law. Based on Equs. (25)-(27), the framework of the LC series- compensative IPT system with ADRC can be derived as shown in Fig. 4. In this figure, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580055.bmp
원본 그림의 크기: 가로 474pixel, 세로 122pixel ,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580056.bmp
원본 그림의 크기: 가로 465pixel, 세로 119pixel ,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8000c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 488pixel, 세로 144pixel ,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580059.bmp
원본 그림의 크기: 가로 470pixel, 세로 123pixel , and K is the proportional-gain of the P controller. 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8000d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 133pixel, 세로 78pixel is the transfer function from the voltage 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58005b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 137pixel, 세로 71pixel to the RMS value of the resonant current Y(s), and is given by:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58005c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1087pixel, 세로 120pixel   (28)

where , 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58005d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 387pixel, 세로 165pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58005e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 391pixel, 세로 168pixel, and the transfer functions 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000017300004.bmp
원본 그림의 크기: 가로 113pixel, 세로 115pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000017300005.bmp
원본 그림의 크기: 가로 108pixel, 세로 117pixel can be derived from Equ. (17) by 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580060.bmp
원본 그림의 크기: 가로 705pixel, 세로 67pixel. From Fig. 4, the transfer function from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580061.bmp
원본 그림의 크기: 가로 150pixel, 세로 66pixel to Y(s) is:


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580062.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1525pixel, 세로 605pixel

Fig. 4. Framework of an LC series-compensative IPT System with ADRC.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580063.bmp
원본 그림의 크기: 가로 872pixel, 세로 175pixel   (29)

The transfer function from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580065.bmp
원본 그림의 크기: 가로 130pixel, 세로 72pixel to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580066.bmp
원본 그림의 크기: 가로 134pixel, 세로 74pixel, which is the feedback gain, is:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580064.bmp
원본 그림의 크기: 가로 949pixel, 세로 134pixel         (30)

Thus, the close-loop transfer function from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580068.bmp
원본 그림의 크기: 가로 168pixel, 세로 80pixel to Y(s) is:

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580067.bmp
원본 그림의 크기: 가로 690pixel, 세로 171pixel          (31)

Similarly, the transfer function from the disturbance 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580069.bmp
원본 그림의 크기: 가로 141pixel, 세로 75pixel of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58006a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 197pixel, 세로 68pixel or 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58006b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 206pixel, 세로 73pixel to Y(s) is:

그림입니다.
원본 그림의 이름: 32.PNG
원본 그림의 크기: 가로 1540pixel, 세로 451pixel          (32)


C. Simulation Verification

To analyze the robustness of the proposed IPT system with ADRC, magnitude-frequency curves of the close-loop system are drawn with different inductive voltages or frequency drifts. Considering the following four different working situations:

(a) Situation 1: assume that the parameters of the Tx resonant tank are , 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58006f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 308pixel, 세로 70pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8000f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 277pixel, 세로 64pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580070.bmp
원본 그림의 크기: 가로 209pixel, 세로 66pixel, the magnitude of the input voltage 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580071.bmp
원본 그림의 크기: 가로 57pixel, 세로 67pixel is 100V, the magnitude of inductive voltage 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580072.bmp
원본 그림의 크기: 가로 74pixel, 세로 64pixel is 50V, and the phase difference between 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580073.bmp
원본 그림의 크기: 가로 56pixel, 세로 74pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580074.bmp
원본 그림의 크기: 가로 68pixel, 세로 66pixel is 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580075.bmp
원본 그림의 크기: 가로 276pixel, 세로 64pixel. The corresponding steady-states are 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a4007e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 313pixel, 세로 67pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a4007f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 396pixel, 세로 67pixel as calculated by Equ. (12).

(b) Situation 2: assume that the inductive voltage is influenced by load changes, which turns to be 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580078.bmp
원본 그림의 크기: 가로 266pixel, 세로 73pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c580079.bmp
원본 그림의 크기: 가로 274pixel, 세로 62pixel, and the other parameters stay the same as situation 1. The corresponding steady-states are 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58007a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 312pixel, 세로 77pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80010.bmp
원본 그림의 크기: 가로 363pixel, 세로 70pixel.

(c) Situation 3: assume that the parameters of the Tx resonant tank are changed to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58007c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 355pixel, 세로 75pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58007d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 419pixel, 세로 68pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58007e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 211pixel, 세로 64pixel, which causes a 10% frequency drift from the 50kHz working frequency. The inductive voltage remains , 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c58007f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 575pixel, 세로 82pixel. The corresponding steady-states are 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80002.bmp
원본 그림의 크기: 가로 329pixel, 세로 83pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80003.bmp
원본 그림의 크기: 가로 362pixel, 세로 82pixel.

(d) Situation 4: assume that the parameters of the Tx resonant tank is changed to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80004.bmp
원본 그림의 크기: 가로 386pixel, 세로 69pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80005.bmp
원본 그림의 크기: 가로 416pixel, 세로 76pixel, and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80006.bmp
원본 그림의 크기: 가로 212pixel, 세로 71pixel, which causes a 15% frequency drift from the 50kHz working frequency. The inductive voltage is 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80013.bmp
원본 그림의 크기: 가로 199pixel, 세로 48pixel,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80009.bmp
원본 그림의 크기: 가로 260pixel, 세로 70pixel. The corresponding steady-states are 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001b9c0003.bmp
원본 그림의 크기: 가로 360pixel, 세로 68pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8000b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 360pixel, 세로 71pixel.

Taking all of the parameters of the four situations into Equ. (28), Equs. (30)-(32), the transfer function ,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8000c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 372pixel, 세로 90pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8000d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 165pixel, 세로 79pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8000e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 163pixel, 세로 86pixel can be calculated. Then the magnitude- frequency curves are drawn. It should be noted that the working frequency remains 50kHz in the four situations, the bandwidth of the ESO is 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80014.bmp
원본 그림의 크기: 가로 421pixel, 세로 69pixel, and the proportional-gain is 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8000f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 280pixel, 세로 65pixel. Fig. 5 shows a magnitude- frequency curve of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80010.bmp
원본 그림의 크기: 가로 140pixel, 세로 76pixel, which is the transfer function of the IPT system without ADRC. From Fig. 5, when the IPT system works on the resonant frequency, the changes of the inductive voltage have little influence on the open-loop gain of the IPT system.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80012.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1233pixel, 세로 957pixel

Fig. 5. Magnitude-frequency curve of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80011.bmp
원본 그림의 크기: 가로 136pixel, 세로 84pixel.


However, frequency drifts result in a large decrease of the open-loop gain. The larger the frequency drift, the larger the decrease of the open-loop gain. Hence, a method to retain the robustness of an IPT system with frequency drift is an important issue for the IPT systems. Fig. 6 and Fig. 7 show the magnitude-frequency curves of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80011.bmp
원본 그림의 크기: 가로 179pixel, 세로 82pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80012.bmp
원본 그림의 크기: 가로 165pixel, 세로 81pixel, which are the feedback gain and close-loop transfer function of the IPT system with ADRC, respectively. From Fig. 6 and Fig. 7, it is obvious that both the feedback gain and the close- loop gain remain approximately the same, which verifies that ADRC can help the IPT system maintain strong robustness against the frequency drift caused by resonant parameters.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800aa.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1033pixel, 세로 861pixel

Fig. 6. Magnitude-frequency curve of the feedback gain 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80016.bmp
원본 그림의 크기: 가로 171pixel, 세로 76pixel.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800ab.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1045pixel, 세로 859pixel

Fig. 7. Magnitude-frequency curve of the close-loop transfer function 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80017.bmp
원본 그림의 크기: 가로 160pixel, 세로 70pixel.


Fig. 8 and Fig. 9 are magnitude-frequency curves of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80013.bmp
원본 그림의 크기: 가로 228pixel, 세로 77pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80014.bmp
원본 그림의 크기: 가로 231pixel, 세로 73pixel, and they reflect the influence of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80015.bmp
원본 그림의 크기: 가로 189pixel, 세로 73pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80016.bmp
원본 그림의 크기: 가로 201pixel, 세로 73pixel on the resonant current, respectively. From Fig. 8 and Fig. 9, it can be concluded that ADRC can effectively stabilize the IPT system against perturbations of the inductive voltage. Hence, it suggests that IPT systems with ADRC can maintain strong robustness against the inductive voltage disturbances caused by different loads in practical IPT systems. However, it should be noted that the control ability of ADRC is relatively weakened when the frequency drift occurs.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800ac.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1020pixel, 세로 838pixel

Fig. 8. Magnitude-frequency curve of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80018.bmp
원본 그림의 크기: 가로 225pixel, 세로 86pixel.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800ad.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1011pixel, 세로 828pixel

Fig. 9. Magnitude-frequency curve of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80019.bmp
원본 그림의 크기: 가로 230pixel, 세로 74pixel.



Ⅳ. EXPERIMENTAL RESULTS

To validate the performance of the proposed LC series- compensative IPT System with ADRC, an Rx resonant circuit and a resistive load were employed to construct an integral IPT system as shown in Fig. 10. In addition, the constructed prototype is shown in Fig. 11. Tx and Rx coils with a 200mm inner diameter were fabricated with 1.92mm diameter Litz wires. Since the focus of this paper is the robust control of Tx resonant current, the air gap between the two coils was set as 90mm in all of the experiments.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800ae.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1022pixel, 세로 349pixel

Fig. 10. Integral LC series-compensative IPT system with Rx circuits and a load.


그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800af.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1058pixel, 세로 875pixel

Fig. 11. Experimental setup.


IGBTs FGA25N120 and rectifier (diodes) KBPC2510 were employed. The other key parameters of the prototype are listed in Table I.


TABLE I Key Parameters of the Experimental Setup

Parameters

Value

AC supply voltage 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8001a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 73pixel, 세로 55pixel

90V

Reference of Tx resonant current 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8001b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 79pixel, 세로 56pixel

4A

Inductance 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8001c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 50pixel, 세로 54pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8001d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 49pixel, 세로 54pixel

2mH

Capacitors 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8001e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 47pixel, 세로 54pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8001f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 47pixel, 세로 51pixel

940

Tx resonant inductance 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80020.bmp
원본 그림의 크기: 가로 56pixel, 세로 54pixel

0.1mH

Tx resonant capacitor 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80021.bmp
원본 그림의 크기: 가로 53pixel, 세로 57pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80028.bmp
원본 그림의 크기: 가로 338pixel, 세로 53pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80029.bmp
원본 그림의 크기: 가로 306pixel, 세로 59pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8002b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 343pixel, 세로 58pixel

Tx resonant resistor 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80022.bmp
원본 그림의 크기: 가로 58pixel, 세로 57pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8002c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 104pixel, 세로 45pixel

Rx resonant inductance 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80023.bmp
원본 그림의 크기: 가로 53pixel, 세로 53pixel

0.1mH

Rx resonant capacitor 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80024.bmp
원본 그림의 크기: 가로 51pixel, 세로 59pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8002d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 123pixel, 세로 51pixel

Rx resonant resistor 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80025.bmp
원본 그림의 크기: 가로 54pixel, 세로 53pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8002c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 104pixel, 세로 45pixel

Coupling coefficient 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80026.bmp
원본 그림의 크기: 가로 31pixel, 세로 45pixel

0.19

Load resistor 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80027.bmp
원본 그림의 크기: 가로 56pixel, 세로 53pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8002e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 114pixel, 세로 45pixel


In practical IPT systems, inductive voltage disturbances from loads, changes of the Rx tank capacitors, and frequency drift can all be regarded as disturbances in the ADRC control. Hence, the proposed ADRC based IPT system is tested under step responses, load disturbances, and Rx resonant capacitor disturbances. The controlled object, the RMS value of the Tx resonant current, is calculated through a RMS computing filter for AC waveforms and sampled by a DSP F28335. By the ADRC control of the DSP, the Tx inverter switches are regulated to make the Tx resonant current track the reference. For comparison, the same experiments were also conducted in an IPT system with PI control. After being well tuned by the method in [35], the parameters of ADRC are 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80017.bmp
원본 그림의 크기: 가로 255pixel, 세로 77pixel,그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80018.bmp
원본 그림의 크기: 가로 293pixel, 세로 80pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80019.bmp
원본 그림의 크기: 가로 213pixel, 세로 70pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8001a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 170pixel, 세로 68pixel (the P controller of the control law). The parameters of the PI controller are optimized based on the index integral time absolute error (ITAE). That is, the proportional gain 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8001b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 187pixel, 세로 73pixel, and the integral gain 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8001c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 259pixel, 세로 70pixel. Both the ADRC and PI controllers are employed in the following experiments.


A. Step Response

Figs. 12-14 depict the measured resonant waveforms and step responses of IPT systems with ADRC and with PI control. In this case, the working frequency of the Tx inverter 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40085.bmp
원본 그림의 크기: 가로 58pixel, 세로 72pixel stays at 50 kHz, while the Tx tanks with three different resonant frequencies are considered. That is, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800047.bmp
원본 그림의 크기: 가로 331pixel, 세로 72pixel (8% lower than the working frequency), 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8001d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 314pixel, 세로 63pixel (equal to the working frequency) and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800048.bmp
원본 그림의 크기: 가로 320pixel, 세로 72pixel (12% higher than the working frequency), as listed in Table I.


Fig. 12. Measured DC input voltage, resonant waveforms, and the step response of an IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40082.bmp
원본 그림의 크기: 가로 300pixel, 세로 79pixel, while 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40083.bmp
원본 그림의 크기: 가로 56pixel, 세로 64pixel remains at 50 kHz: (a) ADRC, (b) PI control.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800025.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1470pixel, 세로 890pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000012680003.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1469pixel, 세로 888pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800027.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1473pixel, 세로 866pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000012680004.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1477pixel, 세로 889pixel

(b)


Fig. 13. Measured DC input voltage, resonant waveforms, and the step response of an IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80033.bmp
원본 그림의 크기: 가로 302pixel, 세로 63pixel, which is equal to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80034.bmp
원본 그림의 크기: 가로 51pixel, 세로 60pixel: (a) ADRC, (b) PI control.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b8002f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1452pixel, 세로 862pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80030.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1452pixel, 세로 862pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80031.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1447pixel, 세로 858pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80032.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1446pixel, 세로 860pixel

(b)


Fig. 14. Measured DC input voltage, resonant waveforms, and the step response of an IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40084.bmp
원본 그림의 크기: 가로 301pixel, 세로 76pixel, while 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000011a40085.bmp
원본 그림의 크기: 가로 58pixel, 세로 72pixel remains at 50 kHz: (a) ADRC, (b) PI control.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380002d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1465pixel, 세로 888pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000012680007.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1455pixel, 세로 878pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380002f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1469pixel, 세로 888pixel

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000012680008.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1459pixel, 세로 892pixel

(b)


In Figs. 12-14 and in all of the following figures, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800049.bmp
원본 그림의 크기: 가로 78pixel, 세로 79pixel is the Tx resonant current, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380004a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 202pixel, 세로 82pixel is the measured RMS current of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380004b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 84pixel, 세로 75pixel, the dash line is the reference input of the Tx resonant current 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380004c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 200pixel, 세로 66pixel is the measured DC input voltage of the Tx inverter, and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380004d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 94pixel, 세로 71pixel and 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380004e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 76pixel, 세로 71pixel are the Tx and Rx resonant capacitor voltages, respectively. From the resonant waveforms in Figs. 12-14, it is possible to directly calculate the transfer power of the Tx coils in three different resonant frequencies under ADRC and PI control, and to obtain the max magnitude of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380004f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 77pixel, 세로 73pixel. Hence, Table II represents the power transmission of the IPT system.


TABLE II POWER TRANSMISSION OF AN IPT SYSTEM

Tx resonant frequency

46kHz

50kHz

56kHz

Tx transfer power(W)

ADRC

412.4

485.0

614.3

PI

427.0

560.4

624.3

Max magnitude of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80035.bmp
원본 그림의 크기: 가로 87pixel, 세로 38pixel

ADRC

175.6

174.7

165.3

PI

163.9

170.2

176.5


From Table II, it can be seen that the IPT system maintains a transfer power range of 400W-630W under different conditions. Given certain values of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800050.bmp
원본 그림의 크기: 가로 89pixel, 세로 68pixel, the IPT system still achieves a different Tx transfer power under three different resonant frequencies due to frequency drift. In addition, the transfer power becomes larger when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800051.bmp
원본 그림의 크기: 가로 57pixel, 세로 72pixel increases. Moreover, when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800052.bmp
원본 그림의 크기: 가로 317pixel, 세로 69pixel or 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800053.bmp
원본 그림의 크기: 가로 317pixel, 세로 65pixel, the max magnitude of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800054.bmp
원본 그림의 크기: 가로 81pixel, 세로 77pixel under ADRC is also larger than that under the PI control, which demonstrates that the proposed ADRC is effective for IPT systems and may be more efficient than the PI control.

As for a step response of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8001e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 200pixel, 세로 85pixel, according to the right side of Figs. 12-14, both of the step responses under ADRC and the PI control have no overshoot to ensure device safety. However, the IPT system with ADRC can achieve a settling time of less than 1ms in Fig. 12, while the settling times of the IPT system with the PI control are all over 1ms, and even reach nearly 2ms in Fig. 14. Hence, it is obvious that the IPT system with ADRC provides a faster dynamic speed while maintaining the same steady-state performance as that with the PI in all cases, especially when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8001f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 317pixel, 세로 68pixel or 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80020.bmp
원본 그림의 크기: 가로 120pixel, 세로 73pixel그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80021.bmp
원본 그림의 크기: 가로 181pixel, 세로 64pixel.


B. Load Disturbance

The responses of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80022.bmp
원본 그림의 크기: 가로 200pixel, 세로 78pixel with ADRC and those with PI control in the presence of load disturbances are presented in this part. Similarly, a load disturbance experiment was conducted under three different Tx resonant frequencies of 46kHz, 50kHz and 56kHz. The corresponding results are presented in Fig. 15, Fig. 16 and Fig. 17, respectively. A load resistor 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e1.bmp
원본 그림의 크기: 가로 78pixel, 세로 62pixel paralleled with a 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80036.bmp
원본 그림의 크기: 가로 77pixel, 세로 47pixel resistor, which made the 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e1.bmp
원본 그림의 크기: 가로 78pixel, 세로 62pixel go from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e2.bmp
원본 그림의 크기: 가로 152pixel, 세로 63pixel to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e3.bmp
원본 그림의 크기: 가로 201pixel, 세로 66pixel, was employed as the load disturbance in the experiments.


Fig. 15. Measured RMS of the Tx resonant current, Rx capacitor voltage, and load voltage of an IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e6.bmp
원본 그림의 크기: 가로 314pixel, 세로 67pixel when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800041.bmp
원본 그림의 크기: 가로 65pixel, 세로 64pixel is changed from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e7.bmp
원본 그림의 크기: 가로 143pixel, 세로 50pixel to그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e8.bmp
원본 그림의 크기: 가로 193pixel, 세로 60pixel : (a) ADRC, (b) PI control.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800d5.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1430pixel, 세로 862pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000012680009.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1311pixel, 세로 806pixel

(b)


Fig. 16. Measured RMS of the Tx resonant current, Rx capacitor voltage, and load voltage of an IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e9.bmp
원본 그림의 크기: 가로 310pixel, 세로 67pixel when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800034.bmp
원본 그림의 크기: 가로 65pixel, 세로 65pixel is changed from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800eb.bmp
원본 그림의 크기: 가로 145pixel, 세로 64pixel to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800ec.bmp
원본 그림의 크기: 가로 185pixel, 세로 61pixel: (a) ADRC, (b) PI control.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800d7.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1426pixel, 세로 859pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001268000a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1327pixel, 세로 817pixel

(b)


Fig. 17. Measured RMS of the Tx resonant current, Rx capacitor voltage, and load voltage of an IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800037.bmp
원본 그림의 크기: 가로 306pixel, 세로 76pixel when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800036.bmp
원본 그림의 크기: 가로 64pixel, 세로 69pixel is changed from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800038.bmp
원본 그림의 크기: 가로 142pixel, 세로 61pixel to그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800039.bmp
원본 그림의 크기: 가로 189pixel, 세로 68pixel : (a) ADRC, (b) PI control.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800d9.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1427pixel, 세로 855pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001268000b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1322pixel, 세로 818pixel

(b)


In Figs. 15-17, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e4.bmp
원본 그림의 크기: 가로 63pixel, 세로 68pixel is the load voltage, which demonstrates the ultimate transfer power to the load. From Figs. 15-17, both the IPT system with ADRC and that with the PI control can provide stable responses against load disturbances. However, the IPT system with ADRC provides lower settling times than that with the PI control in all of the experimental cases. In addition, the fluctuations of 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800e5.bmp
원본 그림의 크기: 가로 203pixel, 세로 84pixel under ADRC are also smaller than those under the PI control. Theoretically, a load disturbance has the largest influence on an IPT system when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80026.bmp
원본 그림의 크기: 가로 196pixel, 세로 73pixel as shown in Fig. 16. However, the IPT system with ADRC still retains a strong robustness against disturbances. In this way, the experimental results demonstrate that the proposed ADRC is very useful for IPT systems to maintain robustness against load disturbances.


C. Rx Resonant Capacitor Disturbance

In this section, an IPT system with ADRC and one with the PI control were further tested against Rx resonant capacitor variations under three different Tx resonant frequencies 46kHz, 50kHz, and 56kHz. The Rx resonant capacitor paralleled with a 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80027.bmp
원본 그림의 크기: 가로 214pixel, 세로 76pixel capacitor is employed, and the corresponding results are shown in Fig. 18, Fig. 19 and Fig. 20, respectively.


Fig. 18. Measured RMS of Tx resonant current, and resonant capacitors voltage of IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380003a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 310pixel, 세로 76pixel, 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380003b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 212pixel, 세로 73pixel is changed from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380003c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 147pixel, 세로 65pixel to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380003d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 206pixel, 세로 66pixel: (a) ADRC, (b) PI.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001268000e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1324pixel, 세로 810pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001268000d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1311pixel, 세로 803pixel

(b)


Fig. 19. Measured RMS of Tx resonant current, and resonant capacitors voltage of IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380003e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 557pixel, 세로 79pixel is changed from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001380003f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 148pixel, 세로 61pixel to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800040.bmp
원본 그림의 크기: 가로 202pixel, 세로 63pixel: (a) ADRC, (b) PI.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000012680010.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1315pixel, 세로 784pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001268000f.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1320pixel, 세로 784pixel

(b)


Fig. 20. Measured RMS of Tx resonant current, and resonant capacitors voltage of IPT system with 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80023.bmp
원본 그림의 크기: 가로 301pixel, 세로 72pixel, when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80024.bmp
원본 그림의 크기: 가로 63pixel, 세로 67pixel is changed from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80025.bmp
원본 그림의 크기: 가로 143pixel, 세로 65pixel to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000013800040.bmp
원본 그림의 크기: 가로 202pixel, 세로 63pixel: (a) ADRC, (b) PI.

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP00001c5800f8.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1185pixel, 세로 716pixel

(a)

그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000012680011.bmp
원본 그림의 크기: 가로 1314pixel, 세로 805pixel

(b)


Paralleled with a 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80027.bmp
원본 그림의 크기: 가로 214pixel, 세로 76pixel capacitor, the Rx resonant capacitor 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80029.bmp
원본 그림의 크기: 가로 56pixel, 세로 64pixel goes from 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8002a.bmp
원본 그림의 크기: 가로 155pixel, 세로 71pixel to 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8002b.bmp
원본 그림의 크기: 가로 221pixel, 세로 73pixel, which makes the resonant frequency of the Rx tank 45.5 kHz. In Fig. 18, when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80028.bmp
원본 그림의 크기: 가로 319pixel, 세로 66pixel, the Rx resonant capacitor disturbance causes a large overshoot in both the IPT system with ADRC and that with the PI control. In addition, the magnitude of the overshoot gradually decreases when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8002c.bmp
원본 그림의 크기: 가로 62pixel, 세로 75pixel changes to 50kHz and then to 56kHz. This phenomenon is due to the fact that, when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8002d.bmp
원본 그림의 크기: 가로 322pixel, 세로 63pixel, the Rx resonant frequency change to 45.5 kHz is the closest frequency to the Tx resonant frequency that can cause the largest coupling influence to the Tx side.

From Figs. 18-20, it can be seen that IPT systems with ADRC and PI control can both settle to new steady states within 1ms when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e8002e.bmp
원본 그림의 크기: 가로 320pixel, 세로 71pixel, and even within 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000010b80037.bmp
원본 그림의 크기: 가로 156pixel, 세로 61pixel when 그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80031.bmp
원본 그림의 크기: 가로 330pixel, 세로 84pixelor그림입니다.
원본 그림의 이름: CLP000008e80032.bmp
원본 그림의 크기: 가로 175pixel, 세로 62pixel. Moreover, IPT systems with ADRC and PI control both have similar dynamic speeds and steady-state responses to Rx resonant capacitor disturbances. It should be noted that the fluctuations of the IPT system with an ADRC controller in Fig.19 and Fig. 20 are higher than those with a PI controller. According to Fig.8 and Fig.9, this phenomenon is due to the fact that when a frequency drift occurs, the IPT system with ADRC is more sensitive to Rx side disturbances than the original system. Moreover, the parameter tuning of ADRC was determined to obtain a fast dynamic response speed with allowed fluctuations. This suggests that the proposed ADRC method for IPT systems can be applied to IPT systems with middle range power to ensure robustness against parameter disturbances.

It can be concluded from the above experimental results and discussions that IPT systems with ADRC can provide a fast response, and exhibit strong robustness against load disturbances and parameter variations. Furthermore, IPT systems with ADRC can still perform well in cases where the working frequency deviates from the resonating frequency. This suggests that ADRC can be a suitable solution for IPT systems with frequency drifts, which are common in practical working situations.



Ⅴ. CONCLUSIONS

In this paper, an ADRC based control strategy was proposed for IPT systems. To design the required ADRC, a small-signal model of the employed LC series-compensative IPT system was derived by using GSSA, which can simplify the mathematic model of the IPT system. Then a suitable ADRC for the LC series-compensative IPT system was designed to derive a simplified control framework for an IPT system with ADRC. In addition, the robustness of the proposed close-loop system was analyzed. Finally, the proposed ADRC method for an IPT system is demonstrated through experiments and discussions. It has been verified that, despite the nonlinear characteristics of IPT systems, IPT systems with ADRC can provide a fast response, and exhibit strong robustness against load disturbances and parameter variations. Furthermore, it has also been verified that ADRC can be suitable for IPT systems with frequency drifts. Without special requirements being placed on the IPT system structure, ADRC is applicable to many kinds of IPT systems with the general system structure shown in Fig. 1, such as the dynamic EV charging systems.



REFERENCES

[1] W. Ejaz, M. Naeem, A. Shahid, A. Anpalagan, and M. Jo, “Efficient energy management for the internet of things in smart cities,” IEEE Commun. Mag., Vol.55, No.1, pp. 84-91, Jan. 2017.

[2] M. Junil, H. Hyeonseok, J. Byeonghak, C. K. Kwon, T.G. Kim, and S.W. Kim, “Design and implementation of a high-efficiency 6.78 MHz resonant wireless power transfer system with a 5W fully integrated power receiver,” IET Power Electron., Vol. 10, No. 5, pp. 577-587, Apr. 2017.

[3] H. Mei, K. Thackston, R. Bercich, J. Jefferys, and P. Irazoqui, “Cavity resonator wireless power transfer system for freely moving animal experiments,” IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 64, No. 4, pp. 775-785, Apr. 2017.

[4] B. Lee, M. Kiani, and M. Ghovanloo, “A triple-loop inductive power transmission system for biomedical applications,” IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., Vol. 10, No. 1, pp. 138-148, Feb. 2016.

[5] S. Moon and G. W. Moon, “Wireless power transfer system with an asymmetric four-coil resonator for electric vehicle battery chargers,” IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 31, No. 10, pp. 6844-6854, Oct. 2016.

[6] Q. W. Zhu, L. F. Wang, Y. J. Guo, C. L. Liao, and F. Li, “Applying LCC compensation network to dynamic wireless EV charging system,” IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 63, No. 10, pp. 6557-6567, Oct. 2016.

[7] R. K. Mai, Y. Chen, Y. Li, Y. Y. Zhang, G. Z. Gao, and Z. Y. He, “Inductive power transfer for massive electric bicycles charging based on hybrid topology switching with a single inverter,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 32, No. 8, pp. 5897-5906, Aug. 2017.

[8] L. L. Tan, S. L. Pan, H. Liu, C. F. Xu, J. P. Guo, and X. L. Huang, “Load detection method for multiple-receiver wireless power transfer systems,” IET Power Electron., Vol. 10, No. 14, pp. 1951-1958, Nov. 2017.

[9] Y. Lu, M. Huang, L. Cheng, W. H. Ki, U. Seng-Pan, and R. P. Martins, “A dual-output wireless power transfer system with active rectifier and three-level operation,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 32, No. 2, pp. 927-930, Feb. 2017.

[10] M. Barati and M. Yavari, “A power efficient buck-boost converter by reusing the coil inductor for wireless bio-implants,” Int. J. Circuit Theory Appl., Vol. 45, No. 11, pp. 1673-1685, Nov. 2017.

[11] W. Zhang, S. C. Wong, C. K. Tse, and Q. H. Chen, “Design for efficiency optimization and voltage controllability of series–series compensated inductive power transfer systems,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 29, No. 1, pp. 191-200, Jan. 2014.

[12] T. Diekhans and R. W. De Doncker, “A dual-side controlled inductive power transfer system optimized for large coupling factor variations and partial load,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 30, No. 11, pp. 6320-6328, Nov. 2015.

[13] J. D. Wu, C. W. Zhao, Z. Y. Lin, J. Du, Y. H. Hu, and X. N. He, “Wireless power and data transfer via a common inductive link using frequency division multiplexing,” IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 62, No. 12, pp. 7810-7820, Dec. 2015.

[14] W. P. Choi, W. C. Ho, and S. Y. R. Hui, “Bidirectional communication techniques for wireless battery charging systems & portable consumer electronics,” in Proc. IEEE APECE, pp. 2251-2257, 2010.

[15] D. J. Thrimawithana, U. K. Madawala, and M. Neath, “A synchronization technique for bidirectional IPT systems,” IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 60, No. 1, pp. 301-309, Jan. 2013.

[16] Y. Sun, P. X. Yan, Z. H. Wang, and Y. Y. Luan, “The parallel transmission of power and data with the shared channel for an inductive power transfer system,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 31, No. 8, pp. 5495-5502, Aug. 2016.

[17] Y. Li, C. Zhang, Q. X. Yang, J. X. Li, Y. X. Zhang, X. Zhang, and M. Xue, “Improved ant colony algorithm for adaptive frequency-tracking control in WPT system,” IET Microwaves Antennas & Propagation, Vol. 12, No. 1, pp. 23-28, Jan. 2018.

[18] F. F. A. Pijl, M. Castilla, and P. Bauer, “Adaptive sliding- mode control for a multiple-user inductive power transfer system without need for communication,” IEEE Trans. Industrial Electron., Vol. 60, No. 1, pp. 271-279, Jan. 2013.

[19] P. V. Tuan and I. Koo, “Optimal multiuser MISO beamforming for power-splitting SWIPT cognitive radio networks,” IEEE ACCESS, Vol. 5, pp. 14141-14153, 2017.

[20] X. F. Yuan, Y. Z. Xiang, Y. Wang, and X. G. Yan, “Neural networks based PID control of bidirectional inductive power transfer system,” Neural Processing Lett., Vol. 43, No. 3, pp. 837-847, Jun. 2016.

[21] Z. Zhang, H. L. Pang, C. H. T. Lee, X. K. Xu, X. L. Wei, and J. Wang, “Comparative analysis and optimization of dynamic charging coils for roadway-powered electric vehicles,” IEEE Trans. Magn., Vol. 53, No. 11, Nov. 2017.

[22] J. Xiao, C. H. Xu, Q. Zhang, X. B. Huang, J. Y. Qin, “Robust transceiver design for two-user MIMO interference channel with simultaneous wireless information and power transfer,” IEEE Trans. Veh. Technol., Vol. 65, No. 5, pp. 3823-3828, May. 2016.

[23] A. Kamineni, G. A. Covic, and J. T. Boys, “A mistuning- tolerant and controllable power supply for roadway wireless power systems,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 32, No. 9, pp. 6689-6699, Sep. 2017.

[24] A. Zaheer, M. Neath, H. Z. Beh, and G. A. Govic, “A dynamic EV charging system for slow moving traffic applications,” IEEE Trans. Transport. Electrific., Vol. 3, No. 2, pp. 354-369, Jun. 2017.

[25] Q. J. Deng, J. T. Liu, D. Czarkowski, M. Bojarski, E. Asa, and F. De Leon, “Design of a wireless charging system with a phase-controlled inverter under varying parameters,” IET Power Electron., Vol. 9, No. 13, pp. 2461-2470, Nov. 2016.

[26] A. K. Swain, M. J. Neath, U. K. Madawala, and D. J. Thrimawithana, “A dynamic multivariable state-space model for bidirectional inductive power transfer systems,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 27, No. 11, pp. 4772-4780, Nov. 2012.

[27] A. K. Swain, S. Devarakonda, U. K. Madawala, “Modeling, sensitivity analysis, and controller synthesis of multipickup bidirectional inductive power transfer systems,” IEEE Trans. Ind. Inform., Vol. 10, No. 2, pp. 1372-1380, May 2014.

[28] X. Dai and X. Y. Huang, “Study on dynamic accurate modelling and nonlinear phenomena of a push-pull soft switched converter,” in Proc. IEEE CIEA, pp. 1-4, 2006.

[29] H. Hao, G. A. Covic, and J. T. Boys, “An approximate dynamic model of LCL-based inductive power transfer power supplies,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 29, No. 10, pp. 5554-5567, Oct. 2014.

[30] K. Aditya and S. S. Williamson, “Advanced controller design for a series-series compensated inductive power transfer charging infrastructure using asymmetrical clamped mode control,” in Proc. IEEE APECE, pp. 2718-2724, 2015.

[31] X. Dai, Y. Zou, and Y. Sun, “Uncertainty modeling and robust control for LCL resonant inductive power transfer system,” J. Power Electron., Vol. 13, No. 5, pp. 814-828, Sep. 2013.

[32] S. R. Sanders, J. M. Noworolski, X. J. Z. Liu, and G.C. Verghese, “Generalized averaging method for power conversion circuits,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 6, No. 2, pp. 251-259, Apr. 1991.

[33] J. P. Xu and C. Q. Lee, “Generalized state-space averaging approach for a class of periodically switched networks,” IEEE Trans. Circuits Syst.—1: Fundam. Theory Appl., Vol. 44, No. 11, pp. 1078-1081, Nov. 1997.

[34] J. Q. Han, Active Disturbance Rejection Control Technique, National Defense Industry Press, Beijing, 2008.

[35] G. Tian and Z. Q. Gao, “Frequency response analysis of active disturbance rejection based control system,” in Proc. IEEE ICCA, pp.1595-1599, 2007.



그림입니다.
원본 그림의 이름: image21.jpeg
원본 그림의 크기: 가로 190pixel, 세로 225pixel

Yanan Wang received her B.S. degree from the Department of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing, China, in 2014, where she is presently working towards her Ph.D. degree. Her current research interests include inductive (contactless) power transfer systems, fractional-order controllers, fractional-order system analysis and renewable energy.


그림입니다.
원본 그림의 이름: image22.png
원본 그림의 크기: 가로 191pixel, 세로 225pixel

Lei Dong received his B.S. and Ph.D. degrees from the Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, China, in 1990 and 2000, respectively. From 2000 to 2002, he was a Postdoctoral Fellow at Tsinghua University, Beijing, China. He is presently working as an Associate Professor at the Beijing Institute of Technology, Beijing, China. His current research interests include power electronics, motion control, microgrids and renewable energy.


그림입니다.
원본 그림의 이름: image23.png
원본 그림의 크기: 가로 190pixel, 세로 225pixel

Xiaozhong Liao received her B.S. and M.S. degrees in Electrical Engineering from Tianjin University, Tianjin, China, in 1982 and 1984, respectively. She received her Ph.D. degree in Control Sciences and Engineering from the Beijing Institute of Technology, Beijing, China, in 2004. She is presently working as an Associate Dean and as a Full Professor in the Department of Automation, Beijing Institute of Technology. Her current research interests include power electronics, motor drives and renewable energy power conversion.


그림입니다.
원본 그림의 이름: image24.png
원본 그림의 크기: 가로 139pixel, 세로 164pixel

Xinglong Ju received his B.S. and Ph.D. degrees from the Department of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing, China, in 2010 and 2015, respectively. He is presently working at the Beijing Institute of Space Launch Technology, Beijing, China. His current research interests include inductive (contactless) power transfer systems and renewable energy.


그림입니다.
원본 그림의 이름: image25.png
원본 그림의 크기: 가로 84pixel, 세로 99pixel

Furong Xiao received his B.S. and Ph.D. degrees from the Department of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing, China, in 2011 and 2017, respectively. He is presently working at Huawei Technologies Co., Ltd., Shenzhen, China. His current research interests include power electronic converters, the control of inverters, renewable energy systems and microgrids.