[发明专利]一种无线能量传输系统的远程控制装置及方法

权利要求书

1.一种无线能量传输系统的远程控制方法，其特征在于，基于一种无线能量传输系统的远程控制装置，包括无线能量传输硬件平台以及远程监控硬件部分，所述无线能量传输硬件平台包括发射端、接收端、信号发生器以及与接收端连接的灯泡；所述远程监控硬件部分包括依次连接的USB数据采集卡、控制器、服务器以及网页端；所述控制器连接有摄像头，信号发生器与控制器连接，USB数据采集卡分别与发射端和接收端连接；

所述发射端包括逆变电路以及与逆变电路连接的发射端线圈，所述逆变电路包括：由二极管D₁-D₄和MOSFET S₁-S₄共同构成的全桥逆变电路，S1和S4为一对桥臂，S2和S3构成另一对桥臂，成对桥臂同时导通，两对桥臂交替各导通180°；所述发射端线圈包括谐振电路中依次串联的电阻R_p1，电感L₁和电容C₁，与全桥逆变电路的输出相连接；所述接收端包括接收端线圈、以及与接收端线圈连接的整流滤波电路；所述接收端线圈包括谐振电路中依次串联的电阻R_p2，电感L₂和电容C₂；整流电路包括由四个二极管组成的桥式整流电路及其滤波电路，所述灯泡与接收端经整流滤波后的直流电路相接；所述控制器为基于Windows操作系统的计算机服务器；

所述方法包括以下步骤：

步骤1：搭建无线能量传输硬件平台；

步骤2：使用控制器、摄像头和USB数据采集卡搭建远程监控硬件部分；

步骤3：编写远程控制算法，图3是远程控制算法的框图；其具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：在MATLAB/Simulink中搭建框图，分别取出发射端和接收端电压、电流和功率信号，设定输入频率信号和扫频信号；

步骤3.2：通过修改过的Simulink的Real-Time Workshop(RTW)生成远程控制的可执行算法；

步骤4：将远程控制算法实施到无线能量传输系统上，并利用NCSLab平台进行远程监控，具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1：将远程控制算法上传到NCSLab，并下载算法到远程的控制器中执行；

步骤4.2：在网页端配置监控界面，包含发射端和接收端的电流、电压和功率以及发射频率扫频频率信号参数；其中远程设备图像用于查看摄像头采集的远程设备的实时图像，仪表盘用于显示被选择参数的实时数值，数字输入框用于调节被选中的参数，趋势图用于观测被选择参数实时曲线；

步骤4.3：调节发射端频率以及扫频信号的幅值和频率，观察灯泡的亮暗变化，通过采集发射端电压电流信号I_i和U_i和接收端电压电流信号I_o和U_o可以分析出频率f和输出功率P_o以及传输效率η的关系，并找到最优工作频率f_opt；发射端输入功率和接收端的输出功率可以分别通过以下关系式计算得到

P_i＝U_i*I_i (1)

P_o＝U_o*I_o (2)

则传输效率为

η＝Po/Pi (3)

从远程控制系统的角度看，监控界面摄像头采集到的灯泡的亮暗程度可以直观反映输出功率变化，即灯泡亮说明输出功率大，反之则小，因此最亮的时刻对应的频率为最佳工作频率；从发射端和接收端采集到数据来看，可以由实时数据确定最佳工作频率，即最高输出功率P_o对应的频率f为最佳工作频率f_opt。

2.根据权利要求1所述的无线能量传输系统的远程控制方法，其特征在于：步骤3中，远程控制算法通过MATLAB/Simulink搭建，并通过修改后的Real-time Workshop生成算法，用来实现控制器对信号发生器频率的控制。