ICPT系统鲁棒多目标遗传优化与最优谐振拓扑搜寻研究

发布时间：2017-10-08 17:04

  本文关键词：ICPT系统鲁棒多目标遗传优化与最优谐振拓扑搜寻研究

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【摘要】：感应耦合电能传输(ICPT)技术是一种基于电磁感应效应而实现电能近距离无线传输的技术。一方面,利用一般的参数优化方法设计出的ICPT系统存在不能同时满足多个设计目标,灵敏度高等缺点,这限制了其有效性与实用性。这是因为,首先,实际应用场合通常都要求满足多目标的系统。其次,实际环境中无法避免的多变性与不确定性会导致一个灵敏的ICPT系统性能急剧下降,甚至可能到不可用的地步。如何使设计的ICPT系统满足多个目标,并提高其鲁棒性,是亟需解决和研究的重要难题。另一方面,ICPT系统所选择的谐振拓扑结构决定了该系统的参数优化上限,随意地选择一个谐振拓扑会使得系统参数优化上限不高。普通的方法即使搜寻到在该拓扑下最优的参数设计方案,但更优的拓扑与参数方案并没有被搜寻到。如果能从众多谐振拓扑中搜寻出一种优化上限最高的结构,对于ICPT系统的最优性能非常有帮助。为了更有效地对ICPT系统进行优化,论文分别对四种基本谐振拓扑结构的谐振电路参数设计策略进行研究,并利用正弦稳态阻抗分析法对四种基本谐振拓扑结构的电路特性(如输出电压,传输效率等)进行数学建模。然后,论文采用鲁棒多目标遗传优化方法作为给定谐振结构的ICPT系统参数优化设计方法。该方法将系统参数优化过程分为“ICPT系统在参数不确定下多目标优化问题建模”与“多目标遗传优化求解算法”两个部分。作为对比,论文也介绍了一般的ICPT系统标称多目标优化数学问题模型以及相应的标称多目标遗传优化算法。论文在提出的优化方法基础上,基于给定谐振拓扑库(即不同谐振拓扑集合)中各个拓扑的所有非支配优化设计方案,进一步地将两种方法结合,并提出了一种分层综合式ICPT系统多目标(鲁棒)优化设计方法,用以搜寻对于给定设计指标的ICPT系统最优谐振结构与相应的优化参数设计方案。论文利用提出的分层综合式系统鲁棒优化方法设计了两个实际的ICPT系统,并对其进行灵敏性分析与MATLAB数值仿真验证。最后搭建实验平台,实现以上两种设计方案。相应的灵敏性分析,数值仿真结果,以及实验结果都验证了该方法相较于一般优化方法具有更好的有效性与实用性。
【关键词】：ICPT 鲁棒设计 多目标遗传优化 最优谐振拓扑搜寻
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-16
• 1.1 论文研究背景7-8
• 1.2 ICPT技术及系统8-9
• 1.2.1 ICPT技术基本原理8
• 1.2.2 ICPT系统优化设计问题8-9
• 1.3 国内外研究现状9-13
• 1.3.1 ICPT技术研究现状9-11
• 1.3.2 ICPT系统优化设计研究现状11-13
• 1.4 论文的研究目的及意义13-14
• 1.4.1 研究目的13-14
• 1.4.2 研究意义14
• 1.5 论文的组织结构与主要研究内容14-15
• 1.6 本章小结15-16
• 2 ICPT系统等效电路模型16-23
• 2.1 谐振型ICPT系统简介16-18
• 2.2 ICPT系统等效电路模型18
• 2.3 ICPT系统电路谐振参数设计18-22
• 2.3.1 副边谐振参数设计19-20
• 2.3.2 原边谐振参数设计20-22
• 2.3.3 ICPT系统四种基本谐振结构参数设计小结22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 ICPT系统的特定谐振拓扑多目标遗传优化23-32
• 3.1 ICPT系统的多目标优化设计问题23-25
• 3.2 多目标遗传优化算法25-29
• 3.2.1 群体初始化26-27
• 3.2.2 指标计算部分27
• 3.2.3 限制性非支配排序27
• 3.2.4 拥挤度距离27-28
• 3.2.5 拥挤度锦标赛选择28
• 3.2.6 遗传算子28
• 3.2.7 重组与精英选择28-29
• 3.3 实际ICPT系统的单谐振拓扑结构优化设计29
• 3.4 灵敏性分析29-31
• 3.5 本章小结31-32
• 4 ICPT系统的最优谐振拓扑的多目标鲁棒遗传优化32-42
• 4.1 ICPT系统鲁棒优化设计思路32-33
• 4.1.1 ICPT系统在参数不确定下的鲁棒性33
• 4.1.2 ICPT系统鲁棒频率无分叉性33
• 4.2 不确定条件下ICPT系统多目标鲁棒优化问题33-35
• 4.3 不确定条件下多目标遗传鲁棒优化算法35-36
• 4.4 ICPT系统的最优谐振结构选择36
• 4.5 ICPT系统的多目标分层综合式优化设计方法36-37
• 4.6 实际ICPT系统的最优谐振拓扑结构鲁棒优化设计37-40
• 4.7 灵敏性分析40-41
• 4.8 本章小结41-42
• 5 数值仿真与实验42-51
• 5.1 数值仿真研究42-43
• 5.2 实验验证43-49
• 5.3 实验数据分析49-50
• 5.4 本章小结50-51
• 6 结论与展望51-53
• 6.1 全文工作总结51-52
• 6.2 论文主要创新点52
• 6.3 后续工作展望52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-60
• 附录60
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录60
• B. 作者在攻读学位期间承担或参与的科研项目目录60
• C. 作者在攻读学位期间或得的奖励和荣誉60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李砚玲;孙跃;戴欣;余奎;;π型谐振IPT系统的混合灵敏度H_∞鲁棒控制[J];华南理工大学学报(自然科学版);2011年02期

2 周颖;;海尔:用无尾改变厨电世界[J];进出口经理人;2012年11期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王智慧;基于包络线调制的非接触电能传输模式研究[D];重庆大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张凯;非接触供电技术及其水下应用研究[D];国防科学技术大学;2008年

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本文编号：995206