基于改进粒子群的自动阻抗匹配方法与实验研究

摘要

磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种新兴的电能传输技术改变了传统电能传输对电线的依赖，具有传输距离远，穿透性强的优势，开创了无线电能传输的新方法，具有重要的研究意义和实用价值。
　　在磁耦合谐振式无线电能传输过程中，由于线圈间距离变化，位置偏移，插入介质干扰及负载变化都会导致系统输入阻抗发生变化，从而与射频源内阻不匹配，造成能量反射，使传输效率大幅下降。因此，为了解决系统阻抗不匹配引起的传输效率降低的问题。本文采用无线电能传输自动阻抗匹配的方法，即通过检测系统的反射系数自动调节阻抗匹配网络，进一步完善了无线电能传输的理论基础，推动了无线电能传输相关电器产品的研发。
　　本文首先分析了磁耦合谐振式无线电能传输的原理，接着通过研究对比现有匹配网络的各种结构，分析其优缺点，针对大功率磁耦合谐振式无线电能传输的匹配需求，提出广义的“Γ+Π’型匹配网络结构，然后为了提高匹配网络的速度和精度，本文采用了改进的粒子群算法。最后，对无线电能传输系统，在加入定点匹配和自动匹配，以及没有匹配的情况下，进行了对比实验研究。进而对无线电能传输自动阻抗匹配系统的实时性和可靠性进行验证:加入自动阻抗匹配的无线电能传输系统，根据反射系数采用改进的粒子群算法求得匹配网络参数，通过控制继电器阵列切换匹配结构，能极大地降低能量反射，保证了系统能量的高效率传输。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 无线电能传输技术

1．1．1 微波辐射式

1．1．2 电磁感应式

1．1．3 磁耦合谐振式

1．2 无线电能传输自动阻抗匹配技术国内外研究现状

1．3 本课题研究的目的和意义

1．4 本课题研究的主要内容

第二章 无线电能传输阻抗匹配原理分析

2．1 磁耦合谐振式无线电能传输原理

2．1．1 磁耦合谐振式无线电能传输系统理论基础

2．1．2 无线电能传输系统电路模型分析

2．2 无线电能传输阻抗匹配原理方法分析

2．2．1 阻抗匹配计算方法

2．2．2 阻抗匹配网络设计

2．3 本章小结

第三章 自动阻抗匹配系统设计

3．1 自动阻抗匹配系统硬件设计

3．2 信号源设计

3．3 功放设计

3．4 谐振器设计

3．5 高频整流电路设计

3．6 自动阻抗匹配器的检测方法分析

3．6．1 反射系数检测法

3．6．2 功率检测法

3．6．3 阻抗检测法

3．7 本章小结

第四章 匹配算法研究

4．1 适应值函数选择

4．2 粒子群算法

4．2．1 粒子群算法原理

4．2．2 动态自适应权重的粒子群算法改进及仿真

4．3 本章小结

第五章 实验研究

5．1 阻抗特性实验研究

5．1．1 距离对阻抗的影响

5．1．2 频率对阻抗的影响

5．1．3 插入介质对阻抗的影响

5．1．4 偏转角度对阻抗的影响

5．1．5 负载对阻抗的影响

5．2 定点匹配与自动匹配对比实验分析

5．2．1 定点匹配实验系统

5．2．2 自动匹配实验系统

5．2．3 线圈距离实验

5．2．4 可调负载实验

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢