基于磁共振无线能量传输技术的多中继波束成形与优化配置算法

发布时间：2021-07-31 01:04

　　磁共振式无线能量传输技术是可以帮助用电器突破输电线束缚并提高灵活性的发明。无线传输功率、效率和距离都是无线能量传输系统的性能指标。中继器可以对无线能量传输系统进行性能上的提升。同时,无线能量传输系统也可以在资源分配上使用波束成形算法,在系统设置上使用优化配置算法来提升性能。但是,关于提升无线传输系统性能的这三种方法几乎都是各自独立发展。本文是通过从波束成形和优化配置算法这两个角度对磁共振式多中继无线能量传输系统进行性能提升。针对复杂的磁共振式多中继无线能量传输系统的现实场景,本文设计合理的数学模型,并提出多中继波束成形算法对该数学模型中各项数据进行处理,得到系统中各器件之间的感应关系,并据此构建受约束的最优化问题,并求解最优解可最大化系统中的资源利用率。使用多中继波束成形算法和其他传统算法的无线能量传输系统进行性能比较,从而验证多中继波束成形算法的增益效果。多中继优化配置算法通过将无线能量传输系统为分为发射端、中继器端和接收器,并创建一个寄存各项数据的栈。该算法通过控制各部分所在平面之间的距离来获得各种情况下系统内的性能指标,实时更新数据栈,对栈中的数据进行比较,按算法中设计的规则对各... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

无线能量传输过程

着和工作区域相同的无线能量分布。但是当能量场内大片区域没有接收器时，能量就会被损耗在发射端负载或者线路电阻上。这是不仅仅一种极大的资源浪费，还有可能损坏发射端的设备。为了避免这一现象，使用磁共振波束成形，就是根据发射器传输能量的能力（主要是指发射器之间因为与接收器之间的距离不同所导致能量传输效率的差异）去设计或分配发射端的资源（发射器电流、电压），提高接收端活动区域的功率密度从而把能量尽可能地传输到接收器上。这样可以大大增加功率传输和效率，以实现实际的近场磁共振耦合无线能量传输，如图3.1所示。图3.1波束成形算法针对机器人工作区域设计发射器的电流或者电压，使得工作区域内的无线能量密度更高，机器人所能获得的功率也更好，并且减少了资源浪费。Figure3.1Thebeamformingalgorithmdesignsthecurrentorvoltageofthetransmitterfortheworkingareaoftherobot,whichmakesthewirelessenergydensityintheworkingareahigher,andmorepowerthattherobotcanget,anditreducesresourcewaste.22

基于磁共振无线能量传输技术的多中继波束成形与优化配置算法图3.2磁共振多中继无线能量传输系统模型Figure3.2Systemmodelofmagneticresonantmulti-relaywirelesspowertransfersystemsys-tem根据不同的资源分配方式对各发射器电流或电压进行调控。中继器是由无源线圈和与系统匹配的电容器组成的，并不接入控制模块。每个发射器都连接到一个与控制模块相连的稳压电源上，电源电压为()()={()}，其中复电压()和（≥0）为可调电压和它的工作角频率，()电流为稳态电流，表示为()()={()}，其中()为复电流。各中继器中电流也为稳态电流，表示为()()={()}，其中()为复电流。同样地，接收器中的电流为稳态电流0()={0}，其中0为复电流。用()（()），()（()）和()（()）表示第（）个发射器（中继器）中的寄生电阻、自感系数和电容。用0和0表示接收器的自感系数和电容。接收器的电阻表示为0，由接收器的寄生电阻0,和负载电阻0,组成，即0=0,+0,。其中接收器负载电阻0,设定为纯电阻。用()(),(),(),(1,2)，和(1,2)来表示()与()，()与线圈，()与线圈，发射端内部和中继端内部之间的线圈互感系数，其中1,2∈，1,2∈0。这些互感可以通过康威互感公式得到[53]。然后，24


本文编号：3312457