本文關(guān)鍵詞：微機(jī)器人膠囊無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：微機(jī)器人膠囊電磁耦合無(wú)線能量傳輸是醫(yī)學(xué)診療領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),眾多學(xué)者在該領(lǐng)域做了大量的研究工作,為該領(lǐng)域的研究工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本論文在課題組已有的研究基礎(chǔ)上繼續(xù)探討微機(jī)器人膠囊無(wú)線供能系統(tǒng)特性,建立了系統(tǒng)綜合優(yōu)化模型,引入智能優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)電能處理電路進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。本文在以下幾個(gè)方面開(kāi)展了研究工作:一、分析了微機(jī)器人無(wú)線供能系統(tǒng)的組成與基本原理,設(shè)計(jì)了體外能量發(fā)射端電路,對(duì)電能處理電路進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)研究,搭建了全橋逆變電路與整流濾波電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。實(shí)驗(yàn)研究了工作頻率、輸入電壓等與電路轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系,建立了反映阻抗與反映電抗模型,研究了反映電抗與頻率、負(fù)載的關(guān)系。二、建立了任意姿態(tài)下系統(tǒng)互感模型,實(shí)驗(yàn)研究了系統(tǒng)工作頻率、線圈間距、電源電壓、中心偏移量、偏轉(zhuǎn)角等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)輸出功率及傳輸效率的影響。三、將智能優(yōu)化算法引入微機(jī)器人膠囊無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的研究。建立了關(guān)于發(fā)射線圈及接收線圈線圈匝數(shù)與半徑、諧振頻率等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)的效率模型、功率模型以及系統(tǒng)的綜合能效優(yōu)化模型,綜合考慮了系統(tǒng)工作頻率、線圈參數(shù)、系統(tǒng)能耗、電磁安全、溫升安全等約束條件。用遺傳算法對(duì)所建立的模型進(jìn)行求解,并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。四、分析了微機(jī)器人膠囊無(wú)線供能系統(tǒng)頻率失諧問(wèn)題,得出高頻產(chǎn)生的寄生電容、分布電容等因素是導(dǎo)致頻率失諧的主因。提出了一種新型動(dòng)態(tài)電容補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方法,反向補(bǔ)償電容的變化,使得系統(tǒng)繼續(xù)在原有頻率下保持諧振,初步解決了頻率失諧問(wèn)題。在原有接收端整流處理電路的基礎(chǔ)上,研制了一種新型三維整流處理電路,使得電能轉(zhuǎn)換性能在原有基礎(chǔ)上有較大提升。并提出了多維線圈整流合成電路,初步解決了多維整流電路的合成問(wèn)題。五、對(duì)無(wú)線供能系統(tǒng)進(jìn)行了綜合供能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,將優(yōu)化參數(shù)后的系統(tǒng)、重新設(shè)計(jì)改進(jìn)的整流電路等綜合在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)改變接收線圈位姿時(shí),無(wú)線供能系統(tǒng)也能夠?yàn)樨?fù)載提供持續(xù)穩(wěn)定的電能,且紋波系數(shù)小,輸出電壓維持在預(yù)定的值,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。結(jié)果證明系統(tǒng)優(yōu)化方案是可行性的、正確的。
【關(guān)鍵詞】：微機(jī)器人膠囊 無(wú)線能量傳輸 遺傳算法 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 多維整流
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242;TH789
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.1.1 課題研究背景10-11
• 1.1.2 課題研究意義11
• 1.2 微機(jī)器人膠囊無(wú)線供能系統(tǒng)及其研究進(jìn)展11-17
• 1.2.1 無(wú)線供能技術(shù)研究進(jìn)展11-13
• 1.2.2 微機(jī)器人診療裝置研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 微機(jī)器人膠囊無(wú)線供能系統(tǒng)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 課題組已有的研究工作基礎(chǔ)17-19
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容19-21
• 第二章 微機(jī)器人膠囊無(wú)線供能系統(tǒng)分析與研究21-38
• 2.1 微機(jī)器人膠囊無(wú)線供能系統(tǒng)基本原理21-22
• 2.2 無(wú)線供能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析22-37
• 2.2.1 體外能量發(fā)射端——初級(jí)電路22-33
• 2.2.2 感應(yīng)耦合電路分析與實(shí)驗(yàn)研究33-36
• 2.2.3 體內(nèi)能量接收端——次級(jí)電路36-37
• 2.3 本章小結(jié)37-38
• 第三章 無(wú)線供能系統(tǒng)輸出功率和傳輸效率的分析與研究38-55
• 3.1 無(wú)線能量輸出功率與傳輸效率建模分析38-42
• 3.2 無(wú)線供能系統(tǒng)傳輸性能影響因素分析與實(shí)驗(yàn)研究42-54
• 3.2.1 線圈互感對(duì)供能系統(tǒng)的影響42-50
• 3.2.2 線圈耦合系數(shù)影響因素分析與研究50-51
• 3.2.3 頻率對(duì)供能系統(tǒng)的影響51-52
• 3.2.4 負(fù)載與電源電壓對(duì)供能系統(tǒng)的影響52-54
• 3.3 本章小結(jié)54-55
• 第四章 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究55-79
• 4.1 一維模型的微機(jī)器人膠囊系統(tǒng)參數(shù)遺傳優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究55-71
• 4.1.1 建立優(yōu)化模型55-65
• 4.1.2 遺傳算法實(shí)現(xiàn)65-67
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與對(duì)比67-71
• 4.2 多維模型的微機(jī)器人膠囊系統(tǒng)的參數(shù)遺傳優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究71-78
• 4.2.1 建立優(yōu)化模型71-76
• 4.2.2 優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)對(duì)比76-78
• 4.3 本章小結(jié)78-79
• 第五章 系統(tǒng)處理電路優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究79-97
• 5.1 補(bǔ)償電路分析與實(shí)驗(yàn)研究79-86
• 5.1.1 系統(tǒng)失諧分析79-81
• 5.1.2 方案設(shè)計(jì)81-84
• 5.1.3 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)84-86
• 5.2 體內(nèi)能量接收端整流處理電路分析與實(shí)驗(yàn)研究86-93
• 5.2.1 三維接收線圈整流處理電路優(yōu)化研究87-88
• 5.2.2 電路模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證88-93
• 5.3 微機(jī)器人膠囊系統(tǒng)供能實(shí)驗(yàn)93-96
• 5.4 本章小結(jié)96-97
• 結(jié)論與展望97-99
• 參考文獻(xiàn)99-110
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果110-111
• 致謝111-112
• 附件112

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1 李e，

本文編號(hào)：932807