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基于统一参数模型的ICPT系统的拓扑寻优和性能优化

Topology Selection and Performances Optimization for Inductive Coupled Power Transfer System Based on Unified Parameter Model

【作 者】黄永灿

【摘 要】

感应耦合电能传输(ICPT)技术是一种基于电磁感应的近距离无线电能传输技术。目前在科研和工程项目中应用的ICPT系统存在的如下问题,首先,不能同时优化多个设计目标,难以在实际的系统设计中发挥出理想的作用,不实用;其次,如何在参数设计同时考虑拓扑寻优是ICPT系统的性能优化方法中亟待解决的难题。目前有论文提出了谐振补偿拓扑的寻优策略以及基于阻抗分析模型的参数设计方法。但是这些拓扑寻优策略仅仅是循环地对每一种谐振网络进行单独的参数设计以获取较好的性能,而且每一种谐振网络都要单独建模及分析,增加了设计的复杂度,因此实用性有限,难以在实际工程问题中得到应用。

针对ICPT系统的拓扑寻优和性能优化问题,本文基于阻抗分析法建立了一种用于分析谐振网络的统一参数模型,并且基于该模型提出了一种新的拓扑寻优和多性能目标优化算法。主要的研究内容包括以下几个方面:

① 建立了能够用于分析多种谐振网络的统一参数模型,并且基于该参数模型初步分析了多种谐振网络的恒压特性。

② 对传统ICPT系统的谐振拓扑寻优策略进行了一定的研究,并且提出了一种新的拓扑寻优策略,该策略基于统一参数模型,能够克服传统拓扑寻优策略的缺陷。

③ 针对有多个需求待优化的ICPT系统,建立了多性能目标优化问题模型,并且提出了一种多性能目标优化方法用于求解该优化问题模型。算法中充分考虑了传输效率,传输功率,电压增益,系统鲁棒性等性能指标,能够让设计出的系统更具实用性。

④ 将拓扑寻优策略和多目标优化方法相结合,提出了一种综合的性能优化方法,能够在设计系统谐振参数的同时动态选择最优谐振补偿拓扑,最大限度地提升设计出的系统的性能。

为验证提出的拓扑寻优策略以及多目标性能优化方法的有效性,本文根据实际ICPT系统的基本需求对比设计了一套实验系统,并对其进行性能指标分析。最后,根据优化结果搭建了实验装置进行实验,并得到了和理论分析相互验证的实验结果,验证了本文提出的拓扑寻优以及多目标性能优化算法的有效性和优越性。

【关键词】ICPT技术,拓扑寻优,多目标性能优化,谐振参数设计

【下 载】 (浏览204次)