微机器人胶囊无线能量传输系统的优化设计与实验研究

发布时间：2017-09-28 00:28

  本文关键词：微机器人胶囊无线能量传输系统的优化设计与实验研究

  更多相关文章： 微机器人胶囊 无线能量传输 遗传算法 动态补偿 多维整流

【摘要】：微机器人胶囊电磁耦合无线能量传输是医学诊疗领域的一个研究热点,众多学者在该领域做了大量的研究工作,为该领域的研究工作奠定了坚实的基础。本论文在课题组已有的研究基础上继续探讨微机器人胶囊无线供能系统特性,建立了系统综合优化模型,引入智能优化算法进行优化,并对电能处理电路进行改进与优化。本文在以下几个方面开展了研究工作:一、分析了微机器人无线供能系统的组成与基本原理,设计了体外能量发射端电路,对电能处理电路进行了模拟实验研究,搭建了全桥逆变电路与整流滤波电路实验平台,实验验证设计方案的可行性。实验研究了工作频率、输入电压等与电路转换效率的关系,建立了反映阻抗与反映电抗模型,研究了反映电抗与频率、负载的关系。二、建立了任意姿态下系统互感模型,实验研究了系统工作频率、线圈间距、电源电压、中心偏移量、偏转角等参数对系统输出功率及传输效率的影响。三、将智能优化算法引入微机器人胶囊无线能量传输系统的研究。建立了关于发射线圈及接收线圈线圈匝数与半径、谐振频率等基础设计参数的效率模型、功率模型以及系统的综合能效优化模型,综合考虑了系统工作频率、线圈参数、系统能耗、电磁安全、温升安全等约束条件。用遗传算法对所建立的模型进行求解,并对所得结果进行了实验验证。四、分析了微机器人胶囊无线供能系统频率失谐问题,得出高频产生的寄生电容、分布电容等因素是导致频率失谐的主因。提出了一种新型动态电容补偿的解决方法,反向补偿电容的变化,使得系统继续在原有频率下保持谐振,初步解决了频率失谐问题。在原有接收端整流处理电路的基础上,研制了一种新型三维整流处理电路,使得电能转换性能在原有基础上有较大提升。并提出了多维线圈整流合成电路,初步解决了多维整流电路的合成问题。五、对无线供能系统进行了综合供能实验验证,将优化参数后的系统、重新设计改进的整流电路等综合在一起进行实验验证。当改变接收线圈位姿时,无线供能系统也能够为负载提供持续稳定的电能,且纹波系数小,输出电压维持在预定的值,达到了预期目标。结果证明系统优化方案是可行性的、正确的。
【关键词】：微机器人胶囊 无线能量传输 遗传算法 动态补偿 多维整流
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TH789
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.2 课题研究意义11
• 1.2 微机器人胶囊无线供能系统及其研究进展11-17
• 1.2.1 无线供能技术研究进展11-13
• 1.2.2 微机器人诊疗装置研究现状13-14
• 1.2.3 微机器人胶囊无线供能系统研究现状14-17
• 1.3 课题组已有的研究工作基础17-19
• 1.4 课题研究内容19-21
• 第二章 微机器人胶囊无线供能系统分析与研究21-38
• 2.1 微机器人胶囊无线供能系统基本原理21-22
• 2.2 无线供能系统拓扑结构分析22-37
• 2.2.1 体外能量发射端——初级电路22-33
• 2.2.2 感应耦合电路分析与实验研究33-36
• 2.2.3 体内能量接收端——次级电路36-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 无线供能系统输出功率和传输效率的分析与研究38-55
• 3.1 无线能量输出功率与传输效率建模分析38-42
• 3.2 无线供能系统传输性能影响因素分析与实验研究42-54
• 3.2.1 线圈互感对供能系统的影响42-50
• 3.2.2 线圈耦合系数影响因素分析与研究50-51
• 3.2.3 频率对供能系统的影响51-52
• 3.2.4 负载与电源电压对供能系统的影响52-54
• 3.3 本章小结54-55
• 第四章 系统参数优化与实验研究55-79
• 4.1 一维模型的微机器人胶囊系统参数遗传优化与实验研究55-71
• 4.1.1 建立优化模型55-65
• 4.1.2 遗传算法实现65-67
• 4.1.3 实验验证与对比67-71
• 4.2 多维模型的微机器人胶囊系统的参数遗传优化与实验研究71-78
• 4.2.1 建立优化模型71-76
• 4.2.2 优化及实验对比76-78
• 4.3 本章小结78-79
• 第五章 系统处理电路优化与实验研究79-97
• 5.1 补偿电路分析与实验研究79-86
• 5.1.1 系统失谐分析79-81
• 5.1.2 方案设计81-84
• 5.1.3 样机实验84-86
• 5.2 体内能量接收端整流处理电路分析与实验研究86-93
• 5.2.1 三维接收线圈整流处理电路优化研究87-88
• 5.2.2 电路模拟实验与实验验证88-93
• 5.3 微机器人胶囊系统供能实验93-96
• 5.4 本章小结96-97
• 结论与展望97-99
• 参考文献99-110
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果110-111
• 致谢111-112
• 附件112

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李e，

本文编号：932807