基于位置估计的多发射WPT系统切换控制策略

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无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术作为一种新兴的非接触式能量传输方式,摆脱了充电导线的束缚,具有安全、灵活和便捷等优点,在电动汽车、医疗器械以及无人机等场合具有广泛的应用前景。然而,在实际的供电场合中,接收线圈与发射线圈相对位置的不确定性,导致系统的互感以及效率受到影响。为解决线圈偏移对系统性能造成的影响,国内外学者相继提出了多发射WPT系统,基于接收线圈位置对多发射线圈进行切换控制,可提升系统对线圈偏移的容忍度。为此,开展多发射WPT系统接收线圈位置估计研究,对提高系统的效率以及鲁棒性具有重要意义。针对接收线圈位置估计的研究,传统方法采用无线通信方式以及电磁参数识别等方法进行获取。无线通信方式容易受到外界电磁信号的干扰,可靠性不高。同时,工程实际中互感参数的在线获取难以实现。因此,本文围绕接收线圈位置获取问题展开研究,通过分析原边侧电气信息与待辨识参数关系,提出了一种基于机器学习的接收线圈位置估计方法,借此实现多发射WPT系统的切换控制,提升偏移工况下WPT系统的传输效率。本文完成的主要研究工作如下:(1)分析了三种多发射WPT系统的传输原理以及切换控制方法,推导了系统效率与偏移量等参数的函数关系。同时,建立了基于接收线圈位置的多发射WPT系统的切换准则。(2)提出了一种基于机器学习算法的接收线圈位置估计模型,其中将传输距离、原边电流、系统效率作为估计模型的输入因子,接收线圈的位置作为估计模型的标签。通过仿真对比分析了误差反向传播(Back Propagation,BP)算法、支持向量回归机(Support Vector Regression,SVR)算法和贝叶斯回归算法三种位置估计模型的训练精度与泛化能力,研究结果表明BP算法估计与泛化能力优于SVR、贝叶斯算法,并进一步分析了BP算法在不同工况下对于接收线圈偏移位置的良好辨识能力。(3)提出了一种基于接收线圈位置估计的多发射WPT系统切换控制策略,并利用Verilog语言设计了BP位置估计算法。在此基础上,采用FPGA搭建了多发射WPT系统硬件平台,实验结果验证了位置估计方法的有效性,提升了系统效率及稳定性。
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