[发明专利]基于模态分析理论的MCR-WPT系统谐振点配置方法

说明书

本发明公开了一种基于模态分析理论的MCR‑WPT系统谐振点配置方法，包括以下步骤：判断MCR‑WPT系统是否属于第一类型，若MCR‑WPT系统属于第一类型，则建立MCR‑WPT系统的模态分析模型，根据模态分析模型获取电参数表达式和模态指标表达式，建立电参数表达式和模态指标表达式之间的对应关系，并计算出耦合电感线圈之间的互感量；若MCR‑WPT系统不属于第一类型,则建立适应度函数，并建立电参数矩阵，采用PSO算法对适应度函数和电参数矩阵进行寻优，从而得到满足谐振点配置要求的电参数矩阵的可行解。本发明能够对系统谐振点进行准确配置，保证调谐效果。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于模态分析理论的MCR-WPT系统谐振点配置方法。

背景技术

MCR-WPT(Magnetically Coupled Resonant Wireless Power Transfer,磁耦合谐振式无线电能传输)系统能够满足中距离下大输出功率、高效率无线传输的需求，因此，该系统在植入式医疗设备、电动汽车、家用电器等领域已经得到了产业化的应用。

MCR-WPT系统本质上是一个多自由度的振动系统，只有在特定的传输距离和频率下才能实现线圈间的谐振，该系统对传输距离和频率极为敏感，参数轻微变动都会引起失谐，造成系统功效骤降和输出电流激增，为了让系统保持谐振，现有技术中一般是通过控制环节对系统的电参数进行补偿，例如频率跟踪控制、阻抗匹配、调整线圈耦合强度，控制环节虽然可以使MCR-WPT系统重新谐振，但是调谐后系统的输出功率难以维持原先的水平，调谐效果不理想。MCR-WPT系统的功频特性由系统的多个电参数共同决定，对应关系十分复杂，现有MCR-WPT系统的建模理论(电路理论、耦合模理论等)不能确立功率、频率与系统电参数的对应关系，从而无法对系统谐振点进行准确配置，使得调谐效果无法得到保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于模态分析理论的MCR-WPT系统谐振点配置方法，能够对系统谐振点进行准确配置，保证调谐效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种基于模态分析理论的MCR-WPT系统谐振点配置方法，包括以下步骤：

1)判断MCR-WPT系统是否属于第一类型，若MCR-WPT系统属于第一类型，则执行步骤2)，否则，执行步骤5)；

所述第一类型为：耦合电感线圈数量不大于3个，且仅耦合系数可变的MCR-WPT系统；

2)建立MCR-WPT系统的模态分析模型，并执行步骤3)；

3)根据所述模态分析模型获取电参数表达式和模态指标表达式，建立所述电参数表达式和模态指标表达式之间的对应关系，并执行步骤4)；

4)根据所述电参数表达式和模态指标表达式之间的对应关系、以及MCR-WPT系统谐振点的期望谐振频率计算出耦合电感线圈之间的互感量；

5)根据MCR-WPT系统谐振点的期望谐振频率和实际谐振频率建立适应度函数，并建立电参数矩阵，执行步骤6)；

6)采用PSO算法对适应度函数和电参数矩阵进行寻优，从而得到满足谐振点配置要求的电参数矩阵的可行解。

在其中一个实施方式中，所述MCR-WPT系统包括发射回路和接收回路，所述发射回路和接收回路之间设置有多个中继回路，所述发射回路、接收回路和中继回路均为LC谐振电路，所述谐振电路均包括串联的耦合电感线圈、调谐电容、电阻和交流电源。

在其中一个实施方式中，所述步骤2)中MCR-WPT系统的模态分析模型为：

其中，S表示系统矩阵，L表示电感矩阵，C表示电容矩阵，R表示电阻矩阵，I_n×n表示单位矩阵，