【摘 要】
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无线电能传输技术摆脱导线、电缆的束缚,可以实现电能的无线传输,成为了新世纪人们研究探索的方向,磁耦合谐振式无线电能传输因在中短距离传输上可达到很高的功率传输效率而被广泛关注。然而,传输距离或负载的改变会导致输入阻抗与射频内阻不匹配,引起功率传输效率急剧下降,甚至无法满足一些用电设备正常工作的要求。要提高系统的传输效率就必须使系统工作在最优效率的阻抗下,因此要求效率适应不同距离和负载,阻抗匹配是一个
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无线电能传输技术摆脱导线、电缆的束缚,可以实现电能的无线传输,成为了新世纪人们研究探索的方向,磁耦合谐振式无线电能传输因在中短距离传输上可达到很高的功率传输效率而被广泛关注。然而,传输距离或负载的改变会导致输入阻抗与射频内阻不匹配,引起功率传输效率急剧下降,甚至无法满足一些用电设备正常工作的要求。要提高系统的传输效率就必须使系统工作在最优效率的阻抗下,因此要求效率适应不同距离和负载,阻抗匹配是一个比较有潜力的研究方向。针对上述问题,本文对磁耦合谐振式无线电能传输传统的阻抗匹配方法进行研究,对阻抗匹配网络进行设计,并提出有效的阻抗匹配控制方法,以提高系统功率和传输效率。在深入了解磁耦合谐振式无线传输系统的基础上,主要针对匹配有效性、匹配精度、匹配速度、匹配稳定性4个方面设计系统的阻抗匹配网络,进而保证整个系统可以处于高效实时的运行状态。本文以Г型匹配网络为例对传统的无线电能传输阻抗匹配方法进行分析,提出了一种基于Smith圆图理论的改进Г型阻抗匹配方法,该匹配方法网络结构简单,避免了复杂的计算过程,并解决了Г型阻抗匹配自身存在的匹配禁区问题,可有效地提高系统的功率传输效率;鉴于对系统的实时调节的需求,本文提出了一种基于遗传算法优化BP神经网络的无线电能传输系统自适应阻抗匹配方法,针对因遗传算法和BP神经网络算法固有缺点带来的匹配性能下降的问题,将两种算法结合对匹配网络进行优化,可以实现磁耦合谐振式无线传输系统的快速精确匹配,最后在Matlab/Simulink中搭建仿真平台,与多种现有的阻抗匹配方法进行比较,验证了所提方法的可行性和优越性。最后,搭建了实验平台,对所设计的匹配方法和仿真结果进行了验证,实验结果表明,仿真和实验结果具有良好的一致性,所设计的阻抗匹配方法可以实现磁耦合谐振式无线电能传输系统稳定高效的电能输送,同时验证了改进自适应匹配算法的合理性。
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