基於相軌跡操控的無線電能傳輸系統性能最佳化機制

《基於相軌跡操控的無線電能傳輸系統性能最佳化機制》是依託重慶大學，由唐春森擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於相軌跡操控的無線電能傳輸系統性能最佳化機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐春森
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

基於磁場耦合的無線電能傳輸技術實現了電能從電源到用電設備的無線接入，具有便捷、靈活、安全等優點和廣闊的市場前景，已成為世界關注的十大新興技術之一。隨著研究的深入和套用領域的拓展，人們對系統穩定性、魯棒性及動靜態性能等提出了更高的要求，亟需從控制的角度，全面認識系統特性，探索新的控制手段，挖掘系統性能提升空間。本項目以系統性能整體最佳化為目標，提出以相軌跡為操控對象的無線電能傳輸系統最佳化機制，從系統建模、行為分析、軌跡操控及性能提升四個方面進行系統的理論與套用研究，最終形成以相軌跡為線索的理論技術體系。針對系統的多環節級聯及高階特性，提出基於混雜自動機及拓撲序列的建模分析方法；針對系統複雜動力學行為，提出基於相軌跡的變尺度機理分析方法；針對系統動靜態性能整體提升，提出基於相軌跡規劃與跟蹤的最佳化方法。本項目的實施將有效促進無線電能傳輸技術基礎理論體系的完善，為複雜系統的分析與控制提供參考。

結題摘要

項目以無線電能傳輸系統性能最佳化為目標，建立了以相軌跡為操控對象的無線電能傳輸系統最佳化機制，從系統建模、動力學行為分析、動靜態性能綜合提升幾個方面進行了系統的理論與套用研究。在系統機理建模與分析方面，為了更好地分析和認識系統的動力學行為特性，提出了一種基於多尺度思想的建模方法，將系統模型分為系統尺度、電路尺度、器件尺度、晶體尺度等，通過關聯映射建立系統各尺度模型間的關聯關係，實現系統在不同尺度上動力學行為特性的建模及分析；提出一種胞映射方法實現系統軌跡演化過程吸引子及其吸引域的分布情況的分析；提出一種基於模態分析的適用於任意線圈架構MC-WPT系統的建模分析方法，解決無線電能傳輸系統的共振傳能機理分析問題。在系統動力學行為分析方面，針對系統的穩定性分析問題，提出一種基於邊界的穩定域（RoS）求解方法，分析了系統中可能出現的全局穩定、局部穩定、多穩態解、極限環等穩定特性。針對系統相軌跡的全局運動特性，提出了一種三分胞映射分析方法，可以快速、準確地確定所選胞空間中的吸引子及其吸引域；針對系統的頻率分裂現象，給出了系統共振及系統共振頻率等關鍵概念，構建了系統能效與系統模態參數之間的數學描述，解釋了“頻率分裂”的物理原理。針對系統在閉環調節時的分岔行為，提出了一種基於混雜自動機模型及胞映射方法的系統動力學行為演化分析方法，揭示了系統的分岔特性及其吸引子的共存現象。在系統動靜態性能綜合提升方面，從參數最佳化以及控制兩個角度展開研究，研究了互補對稱的LCC諧振網路、F型補償網路、T-Π複合諧振網路、∏-CLC複合諧振網路等多種網路拓撲，通過諧振網路拓撲及參數最佳化，使得系統巨觀上呈現出良好的恆流、恆壓或者恆頻等特性，通過控制最佳化系統模態切換時刻，使得系統相軌跡逼近理想相軌跡，從而系統能效水平得以進一步提升。項目研究工作進一步完善了無線電能傳輸技術理論體系，促進了無線電能傳輸技術的發展。