[发明专利]分析EC-WPT系统周边金属环境影响的神经网络模型构建方法

说明书

本发明提供一种分析EC‑WPT系统周边金属环境影响的神经网络模型构建方法，利用神经网络算法通过非线性拟合的方式对金属环境不同特征与系统能效之间的函数关系进行近似求解，根据训练所得的权重和偏置矩阵，推导出了金属环境下EC‑WPT系统的能效模型，通过该模型能够准确分析出不同类型金属环境对系统能效特性的影响规律，有效解决了目前仿真方法精度低、实验方法成本高、一般的公式推导方法求解难度高和推导过程复杂的问题，为进一步研究抑制金属环境对EC‑WPT系统能效特性影响的相关方法提供了理论指导。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种分析EC-WPT系统周边金属环境影响的神经网络模型构建方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术是指综合应用电工理论、电力电子技术、控制理论，利用磁场、电场、微波等媒介实现电能从电网或电池以非电气接触的方式传输至用电设备的技术，具有安全、方便、可靠、灵活等优点，可以有效地解决传统有线取电方式引起的设备灵活性受限和安全隐患的问题。磁耦合无线电能传输系统(Magnetic Coupling Wireless Power Transfer,MC-WPT)及电场耦合无线电能传输系统(Electric-field Coupling Wireless Power Transfer,EC-WPT)是目前国内外研究学者关注最多的两种WPT系统。其中，MC-WPT系统发展较为成熟，应用也最为广泛。由于电场在许多特性上与磁场相似，而且两者在基本理论上呈现出对偶性，以电场为传输媒介的EC-WPT系统也日益吸引了来自国内外学者的高度关注。EC-WPT系统相对于MC-WPT系统而言，其耦合机构重量轻、形状易变且成本较低；耦合机构产生的电磁干扰(ElectromagneticInterference,EMI)较低；在耦合机构之间或周围的金属导体上引起的涡流损耗很小；同时也能够跨过金属屏障传能。由于EC-WPT技术具有上述特点，该技术已成为当前WPT领域的研究热点之一。国内外学者针对EC-WPT技术的系统建模、耦合机构、高频功率变换器、谐振网络、控制方法和电能信号并行传输等多个方面展开了研究。经过近些年的发展，EC-WPT技术在传输距离和传输功率上已经能满足许多WPT应用的需求，逐渐被应用到消费电子、电动汽车、工业生产制造及水下设备等领域。

对于以上常见的EC-WPT系统实际应用场景，其周围环境普遍存在由金属构成的物体。例如：大部分手机的支撑骨架会采用金属材料，以保证机身纵向和横向的抗压、抗弯折以及散热能力；常见的大部分汽车及船舶的外壳也属于金属材料；多数石油钻井中的钻杆也会采用高等级的钢材，保证钻杆能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动；对于水下无人潜航器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)而言，其外壳虽然采用的是深海浮力材料(为UUV提供正浮力)，但其内部仍包含大量的金属零部件及金属机械结构，且其无线充电系统的发射端基站处于海底，一般情况下也会使用高强度、抗高压低温及耐腐蚀磨损的合金钢板材料；常见的立体车库是一种大型机械结构，其纵梁、连接块、底部支架和立板等部位均由金属体构成。由此可见，对于EC-WPT系统而言，系统处于金属环境中的情况是十分普遍的，且金属环境的结构通常也会随着应用场景的不同而发生变化。