水下自主航行器无线充电系统耦合装置优化设计及实验研究

发布时间：2021-08-27 16:06

　　水下自主航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）无论在民用还是军事领域都具有重要的经济和科学价值。由于受到自身体积与电池技术的限制,AUV不能长时间在水下工作,在电量耗尽前必须返回基站或母船进行充电。这种方式不够便捷灵活,降低了AUV的工作效率和隐蔽性。而水下无线充电技术,可以提高AUV获取能量的灵活性、高效性和隐蔽性。针对上述问题与需求,首先搭建采用感应耦合技术的无线充电系统电路模型,分析各参数对于系统性能的影响,发现耦合能力的增强,可提高传输功率和效率。通过磁路建模、有限元仿真研究磁路的分布规律,并结合AUV的弧形壳体特征,设计一种新磁芯（ε型磁芯）的耦合装置,减小其原副边的气隙,提高了耦合能力。针对AUV的特殊需求,研究一种对耦合装置优化的设计方法,对占用体面积、自身重量、功率传输能力等多方面进行寻优。采用遗传算法对磁芯的尺寸参数进行初步设计,再受空间限制、面积乘积和耦合系数要求进行迭代,并结合有限元分析确定出优化的尺寸参数。在此基础上,通过Matlab绘制三维图组研究功率效率随原副边电感和负载电阻的变化趋势,为原副边电感参数的设计和最佳负载阻... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 无线充电系统概述
    1.3 无线充电系统耦合装置的发展与研究现状
        1.3.1 耦合装置的结构
        1.3.2 耦合装置的设计
        1.3.3 耦合装置的容错位技术
        1.3.4 耦合装置存在的问题
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 耦合装置建模与磁场优化
    2.1 无线充电系统的电路建模
        2.1.1 电路模型的搭建
        2.1.2 数学模型的描述与分析
    2.2 耦合装置建模
        2.2.1 磁路模型的搭建
        2.2.2 耦合系数数学表达与分析
    2.3 耦合装置磁场优化
        2.3.1 新型磁芯结构的提出
        2.3.2 新磁芯的磁场分析
    2.4 本章小结
第3章 耦合装置的优化设计
    3.1 耦合装置设计的方法
    3.2 耦合装置中磁芯尺寸参数的优化
        3.2.1 磁芯尺寸的设计要求
        3.2.2 磁芯尺寸参数初步设计
        3.2.3 磁芯尺寸参数优化设计
    3.3 耦合装置的电路参数的设计与分析
        3.3.1 电路参数对系统的影响
        3.3.2 根据设计目标选取优化参数
        3.3.3 传输功率和效率随负载电阻变化特性
    3.4 本章小结
第4章 耦合装置的错位性能分析和容错位优化设计
    4.1 错位对耦合装置性能的影响
    4.2 错位情况的仿真结果分析
        4.2.1 仿真模型的搭建
        4.2.2 三种错位情况的仿真分析
    4.3 应用于AUV的容错位优化设计
        4.3.1 对接装置的优化设计
        4.3.2 对接装置的容错位性能
    4.4 本章小结
第5章 无线充电系统的仿真分析与实验研究
    5.1 系统仿真结果与分析
        5.1.1 逆变桥及耦合装置电压电流波形结果分析
        5.1.2 逆变桥控制时序影响与分析
    5.2 无线充电系统硬件设计
        5.2.1 器件选型
        5.2.2 逆变电路和整流电路设计与制版
        5.2.3 新型磁芯打样与对接装置实验平台
        5.2.4 无线充电系统实验平台整机
    5.3 耦合装置耦合能力测试
        5.3.1 耦合能力测试原理
        5.3.2 对接良好情况下耦合能力测试
        5.3.3 错位情况下耦合能力测试
    5.4 无线充电系统传输性能实验研究
        5.4.1 输出波形与仿真波形的对比
        5.4.2 不同传输介质实验分析
        5.4.3 错位性能实验分析
        5.4.4 负载变化实验分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢



本文编号：3366665