基于无线电能传输模式的无人机悬停无线充电技术研究
本文选题:无人机 + 无线电能传输 ; 参考:《重庆大学》2015年硕士论文
【摘要】:无人机(Unmanned Aerial Vehicle缩写UAV)是一种通过无线电实时遥控或者自身事先存储好的程序来控制的、具有携带多种功能设备执行各种任务的能力的、并且能够多次利用的航空器,因其具有结构简单、尺寸小、造价低、生存率高、使用灵活、适应性强、零伤亡等诸多优势,而被广泛应用于各个领域。但是,由于蓄电池技术和传统充供电技术的限制,使无人机续航能力、灵活性、便捷性等方面的发展受到了限制,如何灵活、便捷地为无人机补充电能成为了无人机发展过程中一个重要的发展方向和亟待解决的问题。为了解决这个问题,本文将无线电能传输技术应用到无人机充电技术上,提出基于无线电能传输模式的无人机悬停无线充电技术,设计了基于磁共振方式的无人机悬停无线充电电路,并且为了降低耦合机构的功率损耗,提高整个电路系统的功率传输能力,提出了基于动态调谐的恒频控制方法。本文的主要研究工作有以下五个方面:①分析了无人机的续航能力受限于蓄电池性能和传统充电方法的现状,简要介绍了目前应用于无人机的充电技术的研究现状,提出基于无线电能传输模式的无人机悬停无线充电技术。②对目前几种主流的无线电能传输技术进行了简要介绍和比较,并详细阐述了用于分析近场耦合无线电能传输技术的互感耦合理论。在此基础上,分析了应用于无人机悬停无线充电的无线电能传输系统表现出来的特征:弱耦合、动态互感和动态负载。③从耦合机构拓扑出发,就在弱耦合条件下如何进行高效地无线电能传输展开了研究,提出采用基于磁共振技术的无线电能传输系统,并建立了采用PSSS耦合拓扑结构的系统功率传输模型,在此基础上针对动态互感和动态负载的情况,对系统的功率传输特性进行了分析和优化。④为了解决在恒频工作模式下系统发射线圈谐振网络会由于互感和负载的变化而失谐的问题,提出采用基于相控电感动态调谐的恒频控制策略,并详细阐述了通过相控电感调谐的工作原理、调谐支路参数设计方法以及恒频控制方法的实现方式,最后通过搭建系统模型进行仿真研究。⑤搭建硬件实验平台,通过实验结果对本文所提出的技术方案进行研究。
[Abstract]:Unmanned Aerial Vehicle (UAV) is an aircraft that is controlled by radio real-time remote control or stored in advance by itself, capable of carrying a variety of functional devices to perform various tasks, and capable of being used many times. Because of its simple structure, small size, low cost, high survival rate, flexible use, strong adaptability, zero casualties and many other advantages, it has been widely used in various fields. However, due to the limitation of battery technology and traditional charging and power supply technology, the development of UAV's endurance, flexibility, convenience and so on has been limited, how to be flexible, It has become an important developing direction and urgent problem to supply electric energy conveniently for UAV. In order to solve this problem, this paper applies radio energy transmission technology to UAV charging technology, and puts forward the hovering wireless charging technology of UAV based on radio energy transmission mode. A wireless charging circuit for UAV hovering based on magnetic resonance is designed. In order to reduce the power loss of the coupling mechanism and improve the power transmission ability of the whole circuit system, a constant frequency control method based on dynamic tuning is proposed. The main research work of this paper is as follows: 1. This paper analyzes the current situation of UAV battery performance and traditional charging methods, and briefly introduces the current research status of UAV charging technology. In this paper, the wireless charging technology of UAV hovering based on radio energy transmission mode is proposed. 2. Several popular radio energy transfer technologies are briefly introduced and compared. The mutual inductance coupling theory used to analyze the near-field coupled radio energy transmission technology is described in detail. On this basis, the characteristics of wireless energy transmission system for UAV hovering wireless charging are analyzed: weak coupling, dynamic mutual inductance and dynamic load .3 from the coupling mechanism topology. In this paper, how to transmit radio energy efficiently under weak coupling condition is studied. A radio energy transmission system based on magnetic resonance is proposed, and a system power transmission model based on PSSS coupling topology is established. On this basis, for dynamic mutual inductance and dynamic load, The power transmission characteristics of the system are analyzed and optimized .4 in order to solve the problem that the resonant network of the transmitting coil of the system will be detuned due to the change of mutual inductance and load in constant frequency mode. A constant frequency control strategy based on dynamic tuning of phase controlled inductor is proposed. The principle of tuning of phase controlled inductor, the design method of tuning branch parameters and the realization of constant frequency control method are described in detail. Finally, the hardware experiment platform is built by building the system model. 5. The technical scheme proposed in this paper is studied through the experimental results.
【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】:V279
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,本文编号:1780514
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