[发明专利]一种用于声载波无线传输的自适应AC-DC转换装置及方法

权利要求书

1.一种用于声载波无线传输的自适应AC-DC转换方法，基于用于声载波无线传输的自适应AC-DC转换装置实现，

所述装置包括：电压电流监测模块、自适应控制器和可调AC-DC转换模块；所述可调AC-DC转换模块分别连接声载波无线传输系统的前置部分和负载设备；

所述电压电流监测模块，用于实时监测并获取可调AC-DC转换模块的输入电压、输入电流、输出电压和输出电流信号，并将信号实时输入到自适应控制器；

所述自适应控制器，用于实时接收电压电流监测模块输出的信号，使用最优化算法计算可调AC-DC转化电路中可调元器件的参数值，并将可调元器件的参数值输入可调AC-DC电路；最终使可调AC-DC转换模块以及负载设备的阻抗和声载波无线传输系统的前置部分的阻抗匹配；

所述可调AC-DC转换模块，用于接收声载波无线传输系统的前置部分输出的电压和自适应控制器输出的可调元器件的参数值，调整电路中的可调元器件的参数；

所述方法包括：

步骤1)设定所述可调AC-DC转换模块中可调元器件的初始值，运行声载波无线传输系统；

步骤2)自适应控制器使用梯度下降算法调整可调电容值，调整完后进入步骤3)；

所述步骤2)具体包括：

步骤2-1)判断是初次扰动还是后续扰动，初次扰动进入步骤2-2)，后续扰动进入步骤2-3)；

步骤2-2)确定初次扰动的扰动量Δ₁(T₁)，其取值范围为：

Value_1,0×5％≥Δ₁(T₁)≥ΔT_1,min

其中，T₁为可调电容的当前调节次数，Value_1,0为第一次调整后的可调电容值，该值基于预处理后的自适应控制器的输入电压、输入电流和输出电压的幅值，利用经验公式数值法计算得到；ΔT_1,min为可调电容在物理上的最小调节量；

初次扰动的扰动方向定义为使可调电容值变大的方向，故初次扰动后的可调电容值Value₁(T₁)表示为：

Value₁(T₁)＝Value_1,0+Δ₁(T₁)

完成计算后进入步骤2-4)；

步骤2-3)确定后续扰动的扰动量Δ₁(T₁)，Δ₁(T₁)的取值范围为：

δ₁(T₁-1)≥Δ₁(T₁)≥ΔT_1,min

其中，δ₁(T₁-1)为上一次梯度调节量的绝对值；

基于预处理后的自适应控制器的输入电流和输入电压的幅值和相位信息计算实际输入阻抗；使用实际输入阻抗与声载波无线传输系统的特性阻抗Z_c进行比较，得到匹配误差值e₁(T₁)，后续扰动的扰动量的扰动方向根据当前匹配误差值e₁(T₁)与上一次匹配误差值e₁(T₁-1)的差的正负来决定，表述为sign(e₁(T₁)-e₁(T₁-1))∈{-1,1}，则后续扰动后的可调元器件值Value₁(T₁)表示为：

Value₁(T₁)＝Value₁(T₁-1)-Δ₁(T₁)×sign(e₁(T₁)-e₁(T₁-1))

完成计算后进入步骤2-4)；

步骤2-4)将扰动后的可调电容值输入可调AC-DC转换模块进行调整并等待其运行稳定；

步骤2-5)计算当前匹配误差值e₁(T₁)，并根据上一次匹配误差值e₁(T₁-1)与上一次梯度调节量的绝对值δ₁(T₁-1)计算梯度g₁(T₁)，根据梯度g₁(T₁)和提前设定好的步长step_1,len产生一次梯度调节量δ₁(T₁)：

δ₁(T₁)＝-g₁(T₁)×step_1,len

则梯度调节后的可调电容值C(T₁)为：

C(T₁)＝C(T₁-1)+δ₁(T₁)

步骤2-6)将梯度调节后的可调电容值C(T₁)输入可调AC-DC转换模块进行调整并等待其运行稳定，判断梯度值的绝对值是否小于阈值ε_g，如果为是，则可调电容调整完毕，进行标记，T₁重置，进入步骤3)；否则，T₁加1后，进入步骤2-3)；

步骤3)自适应控制器保持可调电容值不变，使用梯度下降算法调整可调电感值，调整完后，进入步骤4)；

步骤4)所述自适应控制器对实时接收到的信号进行预处理，提取输入电流和输入电压的幅值和相位信息；判断是否达到最优的负载设备驱动条件，如果达到，调整结束；否则，自适应控制器保持可调电感值不变，进入步骤2)。