谐振式无线电能传输系统频率跟踪技术的研究

针对SP补偿结构的磁耦合谐振式WPT系统在失谐时造成传输效率降低的问题,通过建立串联-并联等效电路模型,分析SP补偿结构的磁耦合谐振式WPT系统的传输效率,得出当负载电阻较大时发射线圈与接收线圈近似工作于同一谐振点,此时可以通过检测发射线圈逆变器输出电压与一次侧电流相位差或检测逆变器输出电压与接收线圈线圈电流来跟踪系统的谐振状态。采用跟踪逆变器输出电压与一次侧电流相位差的方法,用鉴相器将相位差转化为直流电压信号,采用单片机内置ADC对直流信号进行采样,采用PID算法跟踪系统谐振频率。实验表明:采用的谐振频率跟踪方法取得了很好的跟踪效果。     

LCLC补偿型电场耦合式无线电能传输系统特性分析

针对双边LCLC对称补偿型电场耦合式无线电能传输系统补偿网络阶数高输出特性易受影响的问题,采用电路理论建立系统输出功率和效率与等效耦合电容、旁路并联电容、频率以及负载等易变参数之间的解析关系,并通过MATLAB仿真详细分析系统输出功率和效率与各参数的变化规律。仿真结果表明,系统效率对等效耦合电容的变化具有较高的鲁棒性,当旁路并联电容小于理论设计值时,不仅能够减小交叉耦合带来的影响也可使系统输出功率和效率都达到最优;系统效率在谐振频率值的两侧取得最大;输出功率随负载的等效阻抗增加而增加,系统效率不随负载变化。最后通过实验验证理论推导和仿真分析的正确性。     

心脏起搏器无线能量传输装置的设计与研究

首先介绍了基于谐振磁耦合的心脏起搏器无线能量传输系统工作原理和电路补偿结构,然后建立了系统数学模型,推导了输出功率和耦合效率的数学公式,研制了心脏起搏器的谐振无线能量传输系统,包括选用集成电路芯片XKT-412与XKT-3168设计系统初级发射电路、次级接收电路,绕制初次级线圈,对补偿电容进行选型并进行负载匹配等。最后通过试验找出了系统最佳工作条件,实验结果显示当输入电压5V,传输距离10mm时,负载端电压为5.05V,输出功率0.543W,系统耦合效率可达43.41%,表明该设计是可行和有效的。     

无SAR评估条件下心脏起搏器谐振式无线供能系统研究

目前,心脏起搏器谐振式无线充电系统存在比吸收率(SAR)安全问题。为最大限度避免SAR损伤,在频率10～100 kHz范围内,设计了一种基于LCC-C补偿的谐振式无线供能系统。同时考虑到频率、线圈偏移及补偿参数对系统传输性能的影响,建立了考虑等效串联电阻(ESR)的损耗电路模型。通过分析不同频率、LC参数和耦合系数条件下系统的输出功率和传输效率,综合确定了最佳频率及补偿参数。最后搭建实验系统检验系统供能效率、抗偏移能力、以及相应安全指标;结果表明,在两线圈圆心距横向偏移0～2/3条件下系统传输效率可达43.3%～73.2%,最大温升仅为0.8℃,且无需进行SAR评估,为提高人体植入式设备的安全性设计提供了一种有效的方法。     

基于谐振耦合的电能无线传输系统设计

距离和效率是电能无线传输技术发展的瓶颈,电磁场的谐振耦合技术能够有效的解决这一问题.从谐振耦合的收发线圈电路模型出发,对谐振耦合电能无线传输系统进行了深入研究,发现失谐是系统效率不高的主要原因.进而,设计了一个功率为30W,频率为1 MHz的小功率电能无线传输系统,并且通过对发射线圈的电流检测实现发射源对发射线圈频率的...     

二维高带宽低耦合纳米定位平台设计与实验

纳米尺度研究的发展对原子力显微镜的核心运动部件——纳米定位平台的定位精度与扫描速度提出了更高要求。针对平台运动耦合与谐振频率两项关键性能展开研究,设计了一种新型基于压电陶瓷驱动的二维高带宽低耦合纳米定位平台。结构设计上,首先提出高刚度并联解耦结构,然后基于内外侧柔性铰链刚度解耦假设,确立了高刚度低耦合设计方案。为进一步提升平台谐振频率,建立尺寸参数优化模型,以平台一阶谐振频率为优化目标进行优化设计。优化结果与有限元仿真结果误差小于6%,验证了设计方法的准确性。最后,加工样机并搭建实验系统。性能实验结果证明本文设计平台达到高带宽低耦合设计目标。平台性能与同类型现有平台相比,谐振频率提升20%,静态耦合降低80%,动态耦合降低30%,有助于原子力显微镜性能提升。     

三线圈无线输能主回路研究与仿真分析

针对采用耦合模理论或二端口网络分析多线圈的无线输能系统,不能从理论上很好地揭示补偿电容与电感如何谐振的缺点,提出了变压器等效模型分析。对于三线圈输能系统,首先分析了主电路的基本结构,其次根据变压器等效原理将主电路进行等效,并基于谐振原则从理论上确定了补偿电容的值,最后理论推导了线圈间互感在设计值附近变化对系统特性的影响。仿真研究了负载、互感变化对系统性能的影响。研究结论为大功率无线输能系统设计提供了参考。     

基于电容耦合的非接触电能传输系统模型研究

电容耦合的非接触电能传输(CPT)技术是基于高频电场耦合来实现的,与现有的电感耦合非接触电能传输(IPT)技术相比,CPT技术克服了磁场能量不能在金属屏蔽环境里进行传输的缺点,还可以减小能量损耗及电磁干扰(EMI)。本文分析了CPT系统的工作原理与等效电路模型。由于CPT系统包含电力电子开关和谐振网络,其时域微分方程模型呈现高阶非线性,本文给出了系统的广义状态空间平均模型(GSSA),将系统的时域非线性模型转换成为频域线性状态空间模型,并依据该模型对CPT系统进行了稳态和暂态动力学行为仿真,分析了电路参数变化对系统传输效率的影响。最后本文通过实验验证了模型及仿真结果。     

MCR-WPT系统中重叠阵列线圈的抗偏移特性研究

针对目前无人机的定点降落精度不高,磁耦合谐振式无线电能传输技术在线圈处于非对准的情况下效率会急剧下降。以无线电能传输系统的抗偏移特性为出发点,从耦合线圈的结构和谐振补偿拓扑角度,开展了磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究,应用了一种异面重叠的阵列线圈结构的能量传输磁耦合装置。并通过磁通理论分析了该设计结构的可行性,然后通过有限元仿真分析可知,阵列线圈结构的耦合装置使得线圈上方的磁场更加均匀,通过仿真和测试对比在阵列线圈正上方不同位置处的耦合系数,并通过电路仿真在该阵列线圈上方的各种耦合系数下的效率情况,分析可知接收线圈在该阵列线圈上方的耦合系数的变动对整个电路的谐振工作状态造成的影响非常小。搭建的实验系统证明了该系统的恒流输出特性和抗偏移特性。     

基于模糊神经网络的无线感应电源频率控制器

建立了基于模糊神经网络的最佳耦合频率控制系统的模型,使得转动轴状态变化时,无线感应电源的频率被控为谐振频率,从而保证能量传输过程处于最佳耦合状态.设计了一套无线感应电源的实验装置,包括可控频率的电磁振荡发生器,能量接收天线和轴上AC/DC装置.     

A NEW MODELING METHOD FOR MACHINE-FOUNDATION COUPLING SYSTEM AND ITS APPLICATION TO THE CONTROL OF POWER FLOW

０ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＶｉｂｒａｔｉｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍａｍａｃｈｉｎｅｓｏｕｒｃｅｔｏｆｌｅｘｉｂｌｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｈｅａｓｏｃｉａｔｅｄｓｏｕｎｄｒａｄｉａｔｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅｖｉｂｒａｔ...     

A NEW MODELING METHOD FOR MACHINE-FOUNDATION COUPLING SYSTEM AND ITS APPLICATION TO THE CONTROL OF POWER FLOW

A new concept, namely, the equivalent mobility matrix of coupling subsystem is proposed, and the corresponding three-subsystem coupling progressive approach is explored. With the new efficient approach presented, the complexity in dealing with a more complicated dynamic coupling system is greatly reduced. The new modeling method is then combined with the theory of power flow to investigate the dynamics of the overall non-rigid isolation system from the viewpoint of energy. The interaction between the resilient machine of its main modes and the resonant behavior of the flexible foundation on power flow transmission is studied. Taking a machine tool mounted on a multi-story working plant as an example, the dynamic characteristics of the machine-foundation coupling system are analyzed, and their effects on power flow transmission are revealed under various service frequency bands. Some advisable control strategies and the design principle for machinery mounted on flexible structure are proposed.     

Improved electronic interfaces for AT-cut quartz crystal microbalance sensors under variable damping and parallel capacitance conditions

A new configuration of automatic capacitance compensation (ACC) technique based on an oscillatorlike working interface, which permits the tracking of the series resonant frequency and the monitoring of the motional resistance and the parallel capacitance of a thickness-shear mode quartz crystal microbalance sensor, is introduced. The new configuration permits an easier calibration of the system which, in principle, improves the accuracy. Experimental results are reported with 9 and 10 MHz crystals in liquids with different parallel capacitances which demonstrate the effectiveness of the capacitance compensation. Some frequency deviations from the exact series resonant frequency, measured by an impedance analyzer, are explained by the specific nonideal behavior of the circuit components. A tentative approach is proposed to solve this problem that is also common to previous ACC systems.     

运行工况下风电传动系统机电耦合建模及其动态特性分析

为研究风电传动系统在变速变载运行工况下的机电耦合动态特性,构建的包括齿轮系统动力学模型、永磁同步发电机有限元模型以及风机运行控制模型的风电传动系统机电耦合模型,计入了齿轮时变啮合刚度以及发电机齿槽效应、磁饱和等非线性因素.仿真分析了风电传动系统在启动、发电运行工况下的动态响应和机电耦合动态特性.研究结果表明:启动工况下...     

25 A 有源电力滤波器主电路参数设计与仿真研究

针对电能传输中网侧电流谐波污染严重、电流补偿性能易受主参数影响变化较大等特点,以额定电流 25 A 的并联有源电力滤波器为研究对象,讨论了直流侧电压、直流侧电容 2 个重要主参数的设计方法及对补偿性能的影响,按照跟踪补偿电流和抑制开关频率处的谐波要求,详细分析了滤波电感的选取方法。采用设计的参数和 SPWM 控制策略,在 MATLAB / Simulink 中对系统进行了仿真实验,结果表明系统主参数设计方法可靠有效,优化了电流的补偿性能。     

光雷一体化测量系统的谐振特性及组合补偿

针对光雷一体化测量系统中复杂谐振对伺服单元的不利影响,提出了采用自适应陷波器及观测器滤波反馈组合实现谐振补偿的方法。首先,结合机械结构及频响测试结果分析了系统的谐振特性,指出系统存在雷达天线谐振、雷达机体谐振和天线高阶及轴系耦合谐振等3类主要谐振模式,并求得谐振特性随俯仰角变化的规律。讨论了对这种复杂谐振的补偿方法,提出采用自适应陷波器补偿雷达天线和雷达机体谐振,并利用Kalman观测器滤波反馈抑制天线高阶及轴系耦合谐振的方法。结果表明：经过谐振组合补偿后,各类谐振均得到有效抑制,速度环闭环带宽期望值达到了115 rad/s,阶跃过程过渡时间为0.35 s,在保证闭环控制稳定性的同时满足了系统带宽要求。     

一种拓宽PDH稳频系统动态范围的新方法研究

鉴于传统Pound-Drever-Hall（PDH）锁相稳频技术在稳定光腔时存在锁定的动态范围很窄且抗干扰能力差等问题,建立一种可拓宽PDH系统动态范围的稳频锁腔方法。采用传统的PDH误差信号除以透射功率来新定义一个PDH误差信号,拓宽了传统的PDH稳频锁腔的线性区域。此外,采用了卡尔曼滤波器,当存在噪声时,也能估计反射镜的状态,并设计了反馈控制系统,使得PDH稳频系统可在更宽的动态范围内快速锁定。仿真结果表明,在存在扰动和噪声情况下,该方法也可以使PDH稳频系统的动态范围增加50倍。     

Quasi-Static and Dynamic Behaviors of Helical Gear System with Manufacturing Errors

Time?varying mesh stiffness(TVMS) and gear errors include short?term and long?term components are the two main internal dynamic excitations for gear transmission. The coupling relationship between the two factors is usually neglected in the traditional quasi-static and dynamic behaviors analysis of gear system. This paper investigates the influence of short?term and long?term components of manufacturing errors on quasi?static and dynamic behaviors of helical gear system considering the coupling relationship between TVMS and gear errors. The TVMS, loaded static transmission error(LSTE) and loaded composite mesh error(LCMS) are determined using an improved loaded tooth contact analysis(LTCA) model. Considering the structure of shaft, as well as the direction of power flow and bearing location, a precise generalized finite element dynamic model of helical gear system is developed, and the dynamic responses of the system are obtained by numerical integration method. The results suggest that lighter loading conditions result in smaller mesh stiffness and stronger vibration, and the corresponding resonance speeds of the system become lower. Long?term components of manufacturing errors lead to the appearance of sideband frequency components in frequency spectrum of dynamic responses. The sideband frequency components are predominant under light loading conditions. With the increase of output torque, the mesh frequency and its harmonics components tend to be enhanced relative to sideband frequency components. This study can provide effective reference for low noise design of gear transmission.     

无接触手机充电平台的设计

为了方便手机等小型电子设备的充电,讨论了无接触电能传输原理,采用了提高系统工作频率、电容补偿以及电路拓扑3种手段,实现了对小型电子设备的稳定、高效充电。通过采用平面电感代替传统的带铁芯的松耦合变压器进行了电磁能量的传输,实现了多负载工作。不仅完成了单部手机充电系统的制作,而且将该理论运用到充电平台的设计上。研究结果表明,通过对手机的简单改造,可以省去手机充电器实现无接触充电,简单便捷。