[发明专利]IPT系统抗偏移参数优化方法、系统及计算机设备

说明书

本发明公开了一种基于遗传算法的IPT系统抗偏移参数优化方法、系统及计算机设备。该方法包括步骤：预定义系统的互感区间和负载区间，对系统参数进行编码；构建系统参数的非线性规划模型，非线性规划模型的优化目标为系统电压增益最大值和最小值的差值最小，非线性规划模型的约束条件包括互感区间和负载区间；基于非线性规划模型构建遗传算法的适应度函数，采用遗传算法对非线性规划模型进行求解，获取系统参数的第一全局最优解；将第一全局最优解作为初始点代入系统参数的非线性规划模型，通过非线性寻优方法得到系统参数的第二全局最优解。本发明实现了在任意给定互感区间和负载区间上，系统参数设计的最优化。

技术领域

本发明属于电能传输技术领域，更具体地，涉及一种基于遗传算法的IPT系统抗偏移参数优化方法、系统及计算机设备。

背景技术

感应式电能传输（Inductive Power Transfer，IPT）技术由于具有传输功率大、传输效率高且无需物理连接等优势，因此在物料搬运、电动汽车、电子设备、医疗设备以及水下环境等领域得到了广泛应用。为了保证IPT系统获得较高的传输效率和传输功率，会对系统的原边和副边进行谐振补偿，典型的IPT系统工作原理图如图1所示。

IPT系统通常需要保持接收线圈和发射线圈的横向位置和纵向位置精确对准，才能获得较高的传输功率和传输效率。然而，在一些工作场合例如动态充电，或者存在外界环境扰动情况下例如应用在水下环境时，收发线圈的相对位置难以固定，使得系统的输出电压波动较大，并可能造成系统失去软开关条件，降低系统的效率并引起较大的电磁干扰。在无人机、无人船等无人化装备无线充电系统中，接收线圈和发射线圈之间还会存在较高频次的位移，使得系统稳定性更加难以实现。

目前针对抗偏移IPT系统稳定输出的研究主要包括两类：一是通过动态调节的方法，包括调节系统工作频率、对发射端高频逆变器移相控制以及在发射端高频逆变器之前或者在接收端整流滤波之后级联DC/DC环节；二是通过优化系统的固有参数，例如优化磁路结构、优化线圈结构、优化系统补偿参数以及优化拓扑结构等。

但是，动态调节不可避免地会引入检测装置、通信装置以及增加DC/DC变换器装置等等，使得系统复杂度增加，系统的成本也会增加，同时动态调节适用于扰动变化速度较慢的场合，对于无人机悬浮无线充电、无人船岸基无线充电等较高频次的扰动来说，动态补偿速度满意满足需求。

一现有技术中，对具有双极性的DDQ线圈进行了深入研究，DDQ线圈在偏移过程中具有互补特性，使得磁场分布较为均匀，但是在某些方向上效果不佳。另一现有技术中，针对串联补偿拓扑电路通过控制系统的原边电路和副边电路保持一定的失谐率来降低系统输出电压对互感的敏感度，但是采用枚举法来获得系统的优化参数，该方法难以获得系统的最优参数。另一现有技术中，采用一种混合拓扑结构，利用LCC-S拓扑和S-LCC拓扑的互补特性能够一定程度上减小耦合器偏移带来的影响，但是它仅对耦合器的Z轴方向和Y轴方向的偏移有效，而对X轴上的偏移会产生较大偏差。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于遗传算法的IPT系统抗偏移参数优化方法、系统及计算机设备。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于遗传算法的IPT系统抗偏移参数优化方法，包括步骤：

预定义系统的互感区间和负载区间，对系统参数进行编码；

构建系统参数的非线性规划模型，非线性规划模型的优化目标为系统电压增益最大值和最小值的差值最小，非线性规划模型的约束条件包括互感区间和负载区间；

基于非线性规划模型构建遗传算法的适应度函数，采用遗传算法对非线性规划模型进行求解，获取系统参数的第一全局最优解；

将第一全局最优解作为初始点代入系统参数的非线性规划模型，通过非线性寻优方法得到系统参数的第二全局最优解。