磁共振式無線能量傳輸技術(shù)是可以幫助用電器突破輸電線束縛并提高靈活性的發(fā)明。無線傳輸功率、效率和距離都是無線能量傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)。中繼器可以對無線能量傳輸系統(tǒng)進行性能上的提升。同時,無線能量傳輸系統(tǒng)也可以在資源分配上使用波束成形算法,在系統(tǒng)設(shè)置上使用優(yōu)化配置算法來提升性能。但是,關(guān)于提升無線傳輸系統(tǒng)性能的這三種方法幾乎都是各自獨立發(fā)展。本文是通過從波束成形和優(yōu)化配置算法這兩個角度對磁共振式多中繼無線能量傳輸系統(tǒng)進行性能提升。針對復(fù)雜的磁共振式多中繼無線能量傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)實場景,本文設(shè)計合理的數(shù)學(xué)模型,并提出多中繼波束成形算法對該數(shù)學(xué)模型中各項數(shù)據(jù)進行處理,得到系統(tǒng)中各器件之間的感應(yīng)關(guān)系,并據(jù)此構(gòu)建受約束的最優(yōu)化問題,并求解最優(yōu)解可最大化系統(tǒng)中的資源利用率。使用多中繼波束成形算法和其他傳統(tǒng)算法的無線能量傳輸系統(tǒng)進行性能比較,從而驗證多中繼波束成形算法的增益效果。多中繼優(yōu)化配置算法通過將無線能量傳輸系統(tǒng)為分為發(fā)射端、中繼器端和接收器,并創(chuàng)建一個寄存各項數(shù)據(jù)的棧。該算法通過控制各部分所在平面之間的距離來獲得各種情況下系統(tǒng)內(nèi)的性能指標(biāo),實時更新數(shù)據(jù)棧,對棧中的數(shù)據(jù)進行比較,按算法中設(shè)計的規(guī)則對各... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院)廣東省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

無線能量傳輸過程

著和工作區(qū)域相同的無線能量分布。但是當(dāng)能量場內(nèi)大片區(qū)域沒有接收器時，能量就會被損耗在發(fā)射端負載或者線路電阻上。這是不僅僅一種極大的資源浪費，還有可能損壞發(fā)射端的設(shè)備。為了避免這一現(xiàn)象，使用磁共振波束成形，就是根據(jù)發(fā)射器傳輸能量的能力（主要是指發(fā)射器之間因為與接收器之間的距離不同所導(dǎo)致能量傳輸效率的差異）去設(shè)計或分配發(fā)射端的資源（發(fā)射器電流、電壓），提高接收端活動區(qū)域的功率密度從而把能量盡可能地傳輸?shù)浇邮掌魃�。這樣可以大大增加功率傳輸和效率，以實現(xiàn)實際的近場磁共振耦合無線能量傳輸，如圖3.1所示。圖3.1波束成形算法針對機器人工作區(qū)域設(shè)計發(fā)射器的電流或者電壓，使得工作區(qū)域內(nèi)的無線能量密度更高，機器人所能獲得的功率也更好，并且減少了資源浪費。Figure3.1Thebeamformingalgorithmdesignsthecurrentorvoltageofthetransmitterfortheworkingareaoftherobot,whichmakesthewirelessenergydensityintheworkingareahigher,andmorepowerthattherobotcanget,anditreducesresourcewaste.22

基于磁共振無線能量傳輸技術(shù)的多中繼波束成形與優(yōu)化配置算法圖3.2磁共振多中繼無線能量傳輸系統(tǒng)模型Figure3.2Systemmodelofmagneticresonantmulti-relaywirelesspowertransfersystemsys-tem根據(jù)不同的資源分配方式對各發(fā)射器電流或電壓進行調(diào)控。中繼器是由無源線圈和與系統(tǒng)匹配的電容器組成的，并不接入控制模塊。每個發(fā)射器都連接到一個與控制模塊相連的穩(wěn)壓電源上，電源電壓為()()={()}，其中復(fù)電壓()和（≥0）為可調(diào)電壓和它的工作角頻率，()電流為穩(wěn)態(tài)電流，表示為()()={()}，其中()為復(fù)電流。各中繼器中電流也為穩(wěn)態(tài)電流，表示為()()={()}，其中()為復(fù)電流。同樣地，接收器中的電流為穩(wěn)態(tài)電流0()={0}，其中0為復(fù)電流。用()（()），()（()）和()（()）表示第（）個發(fā)射器（中繼器）中的寄生電阻、自感系數(shù)和電容。用0和0表示接收器的自感系數(shù)和電容。接收器的電阻表示為0，由接收器的寄生電阻0,和負載電阻0,組成，即0=0,+0,。其中接收器負載電阻0,設(shè)定為純電阻。用()(),(),(),(1,2)，和(1,2)來表示()與()，()與線圈，()與線圈，發(fā)射端內(nèi)部和中繼端內(nèi)部之間的線圈互感系數(shù)，其中1,2∈，1,2∈0。這些互感可以通過康威互感公式得到[53]。然后，24


本文編號：3312457