应用于金属转轴监测的无线电能与信号同步传输系统优化研究

涡流损耗的存在,使得应用于金属转轴监测的无线电能与信号同步传输系统的电能传输效率和信号传输质量下降。针对上述问题,通过对金属转轴涡流损耗的分析推导,建立包含涡流损耗等效阻抗的耦合线圈电路模型,以S-S型信号注入式SWPDT系统为基础,分析其电能传输与信号传输特性,以电能传输效率和信号传输增益为优化目标,采用多目标粒子群优化算法,对系统关键参数进行优化,并根据优化参数搭建实验测试平台,结果显示该优化方案可实现金属转轴环境下46.7%的电能传输效率和250 kbit/s的信号传输速率,验证了所提优化方案的正确性与可行性。

谐振式无线电能传输系统损耗模型

针对无线电能传输系统损耗的量化计算问题,本文以电流型谐振式无线电能传输系统为例,对其损耗进行了完整的分析与计算。考虑了电流型全桥谐振变换器开关管的旁路二极管和谐振回路带来的环流影响,使得建立的逆变器的损耗模型更为精确。该模型还充分考虑了高频效应带来的影响,给出了耦合机构的高频内阻计算公式。实验结果验证了模型的正确性和有效性。通过该模型可得到系统损耗的主要组成部分及主要决定因素,对无线电能传输系统的设计与改进具有重要的参考意义。

无线电能传输系统小信号模型降阶研究

无线电能传输(WPT)系统具有高阶、非线性及强耦合的特点。为准确描述WPT系统动态响应,进而实现控制系统的优化设计与分析,该文以LCL-S电路拓扑为研究对象,利用广义状态空间平均建模方法得到WPT系统的大信号模型,在此基础上建立系统高阶小信号模型。同时,为简化系统控制器设计,采用拉盖尔多项式展开与平衡理论相结合的方法,对高阶小信号模型进行降阶处理,即将11阶系统降为3阶。仿真与实验结果表明,降阶系统与全阶系统具有相似的动态响应及小扰动稳定性,验证了降阶模型的有效性与准确性,为WPT控制系统的设计奠定了模型基础。

基于移动室内信号传输损耗模型的研究

目前室内信号覆盖是网络优化的重点区域,由于室内建筑物结构本身存在信号屏蔽和吸收的问题,这就会引起无线信号产生较大的传输损耗,信号传输损耗主要通过传播模型来计算。主要介绍了几种常见的室内信号传播模型,并且给出了各个模型的适用环境,为不同场景的室内分布系统提供依据。

室内定位无线接收信号强度测距模型的研究

接收信号强度测距法易受室内复杂环境的影响,在许多研究和实际应用中,通常将路径损耗因子作为固定不变常量,增加了系统误差。分析了室内无线信号的传播特性,介绍了对接收信号强度测距模型,推导了最优拟合当前室内环境对数路径损耗模型参数的计算公式,将自主建模的思想引入到基于接收信号强度的测量中进行了可行性探究。

基于激活函数的LCC-S型无线电能传输系统建模和稳定性分析

基于电力电子器件的无线电能传输(WPT)系统是一种开关系统,其大信号模型是研究系统运行特性和稳定性的基础。建模的关键是如何描述系统中的非线性、离散开关变量,为解决这一问题,该文提出一种基于S型激活函数的建模方法。S型激活函数是连续、平滑、可微的且在一定值时具有饱和特性,因此可利用陡度因子较大的激活函数来近似开关的切换过程,将WPT系统由离散的开关系统转变为连续系统。该文以LCC-S型WPT系统为研究对象,构建其开环和闭环模式下激活函数模型,利用该模型分析控制器参数和系统参数对瞬态行为和稳定性的影响,并通过仿真和实验进行验证。结果表明,所构建的模型与仿真和实验结果吻合较好。该模型数学表达式结构简单统一,物理意义明确,是一个具有普遍意义的高精度大信号连续模型。

动态IPT系统后级稳压器的小信号模型修正和改进控制策略

针对单轨动态无线供电系统,在考虑整流桥前的电流断续及副边谐振电路寄生参数的影响下,分析了整流电压与负载的关系,指出因负载变化导致的整流电压大范围波动给后级稳压器的建模和闭环参数设计带来了挑战。为使后级稳压器小信号模型描述得更为准确,考虑了副边谐振电路的影响,引入幅值/频率修正系数,对后级稳压器小信号模型的低频段增益和中频段谐振峰频率进行了修正。在此基础上,为进一步提高系统的变负载动态响应能力,提出加入整流电压前馈环节。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性和所提方案的有效性。

无线调车机车信号和监控系统车地通信的模型设计

指出了当前机车调车方法的不足,介绍了无线调车机车信号和监控系统的基本原理,设计了在无线调车方式下的车地通信模型,并说明了该模型中应该注意的一些问题。

矿井电磁波传输路径损耗改进模型

针对基于接收信号指示强度的基本路径损耗模型建立在发射节点与接收节点为视距基础上,不符合矿井电磁波传输特点的问题,提出了一种矿井电磁波传输路径损耗改进模型。该改进模型在基本模型只有衰减因子参数的基础上,增加了多径参数系数,并采用最小二乘法计算这2个参数。计算及Matlab仿真结果表明,采用该改进模型得到的结果更接近实测值,误差更小,且接收功率和传输衰减性随着节点间距的增加而减小。

基于信号功率随机衰落模型的无线传感器网络干扰感知路由

为了降低无线传感器网络信号功率的衰减以及节点干扰对数据传输效率所造成的影响,提出了一种基于信号功率随机衰落模型的无线传感器网络干扰感知路由。首先,根据概率论提出了干扰节点不同分布情况下成功传输数据的两种概率干扰模型,并将节点的干扰、路由收敛及节点剩余能量问题作为路由度量建立了干扰感知路由;然后,通过将干扰、路由收敛,以及节点剩余能量作为评估权值,来共同决定最佳的下一跳节点。通过NS2的仿真数据表明,与基于差异化服务的干扰感知路由算法和基于编码的干扰感知路由协议相比,所提出的算法在数据投递平均成功率、能量消耗及平均延迟时间上均有一定优势。

中压载波信号架空线传输模型

为了保证载波信号在架空线中呈现较好的信号传输效果,可靠安全的将电网终端的数据汇聚到电网调度系统,防止由于信噪比不够而带来数据安全隐患;因此本文将结合高频信号传输模型和电力系统的中压线路情况,对架空线的载波通道情况进行系统研究,以分析载波信号在线路中的传输距离和受影响的因素。本文中探索的架空线载波信号传输模型中,重点分析载波频率、架空线信号衰耗、负载对载波信号的影响、线路阻抗影响等多方面因素对载波信号传输影响,并结合载波信号在实际线路上的情况,验证载波信号传输模型的准确性。

基于人工智能算法的无线信号传播损耗预测

由于传播空间中阻挡物对无线信号造成的衰减作用,导致无线信号传播损耗预测的准确性较低。为此,提出基于人工智能算法的无线信号传播损耗预测方法,构建了无线信号传播模型,设置无线信号从发送端到接收端的平均衰减值为路径损耗,在此基础上引入了以阻挡物作用为核心的衰减因子,利用人工智能算法中的粒子群优化算法对衰减因子进行寻优,将寻优结果带入到无线信号传播模型中,实现对信号传播损耗的预测。测试结果表明,设计方法对信号传播损耗预测结果的RMSE、MAPE、MAE和MSE值分别为1.97、5.44、2.11和3.8809,且98.24%的预测样本相对误差均为±5 dBm范围内。

多跳HF无线电信号海平面反射模型

本文研究无线电波在海面上的反射损耗。反射损耗与海面上的反射系数有关,而反射系数又受到海情的影响。把信号在平静海面的反射简化成镜面反射,在汹涌海面的反射简化为漫反射,详细推导了两种反射条件下的反射损耗。并将模型应用于实际问题,计算了给定条件下信号在海洋上可以传播的跳数。

超高频RFID系统信号损失与覆盖模型研究

在高密度RFID读写器环境中,读写器间存在着同一信道内的频率冲突问题,这种频率冲突导致了标签不能被读写器正确地识别.根据无线电波的传输机制建立起RFID系统信号损失模型,并推导出多读写器能够同时工作的安全距离.根据该结论,提出"高处布置方向性天线读写器"的覆盖模型,通过设定RFID系统的各项参数计算出系统能够正常工作的各个参数,并分析证明该布局在一定程度上能够减少读写器的频率冲突,对实际应用如仓储、超市等具有较高的指导意义.

无线信号在室内走廊中的传播特性分析

为解决室内应用中无线传感器网络的节点部署、定位与跟踪等问题,需要研究无信信号的传播特性。针对典型的室内走廊环境,对2. 4 GHz无线信号的路径损耗特性进行测定,论述发射天线与水平空间的角度D、发射天线高度h与路径损耗的关系,并对测试数据进行线性回归曲线分析。测试和拟合结果表明,在角度D=90°时,无线信号传播的路径损耗最低,随着h的增加,路径损耗的变化趋势减小,在h=1. 5 m时路径损耗最小。

多相并联的15kW无线电能传输系统

设计了一种耦合电感的循环级联方法来实现多相逆变之间的电流平衡,并分析了耦合电感参数对系统性能的影响;对多相并联下系统主要的功率损耗进行了分析,以解释在大输出电流条件下多相系统具有较低损耗的原因,开发了6相D类半桥逆变并联的原型机对系统性能进行验证。实验表明该方法能够将相间电流不平衡控制在较好的范围之内。使用2个外边长90 cm×70 cm的4圈的平面矩形螺旋线圈,在距离20 cm时进行无线电能传输。当接收端整流桥后的6.87Ω负载上获得15 k W的功率时,测得发送端直流输入到接收端直流负载的DC-DC效率为94.7%。

矿井巷道ZigBee无线传输特性研究

在地下平直巷道内模拟井下环境,对矿井ZigBee无线传输特性进行了实验研究。首先选用路径损耗系数模型作为矿井巷道无线传输模型,然后采用两个GAINZ节点分别测试了不同距离下接收信号强度指示的波动性及其受障碍物的影响特性、节点间距不同时的收包率、节点间距不同时的接收信号强度指示值。由测试结果分析得,在平直巷道内,所选取的路径损耗系数模型是可行、准确的,即可用接收信号强度指示来进行测距及定位;平直巷道内的节点间距为30~40 m时,通信是可靠的;路径损耗系数模型在实际矿井巷道内应用时需重新设置参数。

无线电能传输磁耦合系统Litz线圈交流电阻精确评估方法

无线电能传输(WPT)磁耦合系统的绕组损耗是影响WPT系统效率的重要组成部分,但目前绕组损耗(尤其是Litz线的绕组损耗)缺乏有效的评估方法。该文提出一种绕组交流电阻评估新方法,该方法通过小信号测量仪器测量得到WPT磁耦合系统的电参数,同时通过磁心损耗计算(或有限元仿真)的方式提取测量激励信号下磁心附加损耗电阻,实现绕组交流电阻和磁心附加损耗电阻的分离。该方法不仅适用于WPT磁耦合系统,同时也适用于气隙电感绕组交流电阻的评估。基于三维气隙电感的绕组交流电阻有限元仿真结果与该文方法的评估结果误差小于5%,验证了该文方法的有效性和可行性。最后,搭建一台2kW的WPT系统样机,通过差值功率验证了所评估的Litz线圈交流电阻的正确性。

水下无线电能传输系统建模与分析

为了研究磁耦合谐振无线电能传输技术在海水中的传输损耗问题,在此提出一种海水等效电路模型,并对此模型推导得出系统的传输特性。通过对模型中线圈在海水和空气中等效辐射电阻分析对比,得出随着工作频率的提高,在空气中辐射电阻几乎忽略不计,而在海水传输过程中线圈的辐射电阻呈指数递增,传输频率的增加会导致系统的辐射电阻增加,系统的传输损耗增大。海水传输距离越大,等效电感越大,传输效率逐渐降低。仿真得出在海水中传输的最佳频率为50~250 kHz。在最佳频率范围内系统在海水传输过程中相比于空气、淡水中传输效率略微降低。最后通过试验搭建水下MCR-WPT系统与仿真对比验证此海水等效电路模型的正确性并且在传输距离35 mm下系统传输效率可达72.6%。

433 MHz无线信道在日光温室中传输与分布特性研究

目前Sub-GHz频段的无线传感器在温室生产中得到广泛应用,了解射频信号在温室中的传输特性与分布情况已经成为当前研究热点。研究了以433 MHz为工作频率,通过调节发射节点与接受节点高度以及两者之间的水平距离,采用频谱仪获得接收信号功率(dBm),通过回归分析构建日光温室中的无线电波传播模型,并仿真得到信号在日光温室中的分布情况。研究表明:在发射天线的每个高度上,不同的接收天线高度层接收信号强度符合对数路径损耗模型,温室内的路径损耗指数(2.19)比室外(3.6)的小,温室内无作物接收信号强度比有作物大约10 dBm;温室北侧接收信号强度略高于南侧,高约5 dBm;温室中布置节点应避开有金属(铝线等)的位置。