双负载磁耦合谐振无线电能传输参数设计与频率控制

摘要

无线充电的构想由来已久，近年来针对无线充电的研究也越来越多。自从麻省理工的研究团队在两米外点亮一个60瓦的灯泡之后，无线电能传输技术的发展更是突飞猛进。如今，市面上已经出现了无线电能传输的产品，如手机、mp3、笔记本电脑充电器等，虽然这些商品实现了无线充电，但其距电能发射端几乎是零距离。此外，当前人们对无线电能传输技术的研究还大多固定在单发送和单接收的模式之上，随着电子产品的增多，对单发射多接收电能传输模式的需求日益增加。本研究主要内容包括：
　　⑴收发线圈间的角度对双负载无线电能传输性能的影响。本文研究了双负载磁耦合谐振无线电能传输的基本原理，在考虑两个接收线圈之间互感影响的情况下，分析电路模型，讨论了影响系统效率和功率的主要因素。研究发现，在收发线圈非同轴，即其同时存在轴向距离和径向距离的情况下，合适的角度会增强收发线圈之间的互感，使系统的传输性能更佳。
　　⑵基于能量流动规律研究双负载无线电能传输系统的结构。利用电路原理，通过使两个接收端解谐，引入反射阻抗寻找接收端能量的来源，推导出系统的能量流动规律—反射电阻吸收的能量即为两接收端获取的能量。并根据此能量流动规律，对接收端不同负载情况进行了讨论，最终确定了不同负载下系统的结构。
　　⑶提出一种改进的人工蜂群算法。人工蜂群算法具有较强的勘探能力，但局部开采能力弱。本文利用正弦函数实现跟随蜂阶段的自适应邻域搜索，加快了算法的收敛速度，并针对算法后期易陷入局部最优的问题，利用带扰动的Tent序列防止算法早熟，从而改善其全局寻优能力。
　　⑷基于改进人工蜂群算法的系统参数设计。针对双负载磁耦合谐振无线电能传输耦合性强，参数确定困难的问题，首先建立了系统的非线性规划模型，然后利用人工蜂群算法在满足接收端传输距离和传输功率的情况下，寻找系统的参数组合尽可能使得系统的传输效率最大，优化其传输性能。
　　⑸基于变论域模糊控制器和电容阵列的频率控制。分析系统失谐的原因及收发端失谐对系统性能的影响，发现发射端的频率稳定是系统高效传能的关键。本文提出一种变论域模糊控制器对发射端的频率进行控制。变论域模糊控制具有自适应的论域间隔，因而可更精确地控制发射端频率；进一步提出非线性级联线性的方法设计电容阵列，利用非线性电容阵列粗调，线性电容阵列细调，维持发射端频率的恒定。实验证明，该方法不仅减小了系统的后续震荡，而且减少了闭合开关的数目，扩大了频率控制的范围，使系统性能更优。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

1.4论文章节安排

2 双负载磁耦合谐振无线电能传输机理分析

2.1技术原理相关理论

2.2无线电能传输系统模型

2.3双负载能量传输特性分析

2.4本章小结

3 双负载磁耦合谐振无线电能传输参数设计

3.1双负载无线电能传输系统

3.2 基于能量流动规律的双负载结构研究

3.3 人工蜂群算法及其改进

3.4基于改进人工蜂群算法的系统参数设计

3.5参数设计实验研究

3.6本章小结

4 双负载磁耦合谐振无线电能传输频率控制

4.1收发端失谐对系统传输功率和效率的影响研究

4.2模糊控制及设计

4.3频率控制仿真实验

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1全文工作总结

5.2后续研究工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与参与项目