水下無線電能傳輸技術能很好地滿足目前水下航行器智能化、多功能、遠航程、精確導航的發(fā)展需求。本書系統(tǒng)闡述水下基于磁耦合的無線電能傳輸(IPT)系統(tǒng)的電能傳輸機理、系統(tǒng)設計和控制方法，主要內容包括無線電能傳輸技術研究現(xiàn)狀、IPT系統(tǒng)基本原理、海洋環(huán)境物理參數(shù)對IPT系統(tǒng)影響機理分析、IPT系統(tǒng)阻抗匹配、互感變化下IPT系統(tǒng)設計、海洋環(huán)境下IPT系統(tǒng)磁耦合結構設計及IPT系統(tǒng)魯棒控制等。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 海洋環(huán)境與空氣環(huán)境無線電能傳輸共性技術研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 理論研究現(xiàn)狀 6
1.2.2 應用研究現(xiàn)狀 13
1.3 海洋環(huán)境特殊性問題研究現(xiàn)狀 14
1.3.1 理論研究現(xiàn)狀 14
1.3.2 應用研究現(xiàn)狀 17
1.4 海洋環(huán)境中無線電能傳輸技術研究存在問題和挑戰(zhàn) 19
1.5 本章小結 20
第2章 IPT系統(tǒng)基本原理 21
2.1 IPT系統(tǒng)電路模型 21
2.1.1 理想變壓器模型 21
2.1.2 一般變壓器模型 22
2.1.3 互感電路模型 24
2.2 IPT系統(tǒng)電磁場模型 36
2.2.1 IPT系統(tǒng)的復功率模型 36
2.2.2 IPT系統(tǒng)的能流密度矢量分析模型 40
2.2.3 IPT系統(tǒng)的功率傳輸模型 49
2.3 耦合模理論 50
2.4 本章小結 51
第3章 海洋環(huán)境物理參數(shù)對IPT系統(tǒng)影響機理分析 52
3.1 時諧電磁場基礎 52
3.1.1 正弦量的復數(shù)表示法 52
3.1.2 時諧電磁場的約束方程 53
3.1.3 時諧電磁場的唯一性 55
3.2 載有正弦交流電的線圈在海洋環(huán)境中的時諧電磁場解析解 57
3.2.1 模型建立 57
3.2.2 電場強度僅有周向分量的證明 58
3.2.3 電場強度解析表達式以及數(shù)值計算 60
3.2.4 空氣和海洋環(huán)境中的電場比較 65
3.3 修正互感模型 67
3.3.1 渦流損耗分析 67
3.3.2 互感修正 70
3.4 實驗驗證 73
3.4.1 初級側電路中的等效渦流阻抗 74
3.4.2 次級側電路中的等效渦流阻抗 75
3.4.3 修正互感模型驗證 76
3.5 海洋環(huán)境中的IPT系統(tǒng)能量分配模型 78
3.6 IPT系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法 80
3.6.1 無線電能傳輸系統(tǒng)能效優(yōu)化準則 80
3.6.2 基于遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化設計 81
3.7 本章小結 92
第4章 IPT系統(tǒng)阻抗匹配 93
4.1 反Γ型補償結構 93
4.2 S-S型補償結構 95
4.3 S-SP型補償結構 96
4.4 T型補償結構 100
4.4.1 T型Vin-Vout輸出方式 100
4.4.2 對稱式補償結構 102
4.5 抗偏心結構-恒壓型輸出結構 104
4.6 抗偏心結構-恒流型輸出結構 107
4.7 LCC-LCC型補償結構 110
4.8 基于Boost變換器的阻抗匹配 116
4.8.1 IPT系統(tǒng)最大效率傳輸?shù)淖顑?yōu)負載條件 117
4.8.2 最優(yōu)負載追蹤 120
4.8.3 實驗驗證 129
4.9 本章小結 130
第5章 互感變化下IPT系統(tǒng)設計 131
5.1 適用于海洋環(huán)境的三線圈結構 131
5.1.1 螺旋三線圈電磁場解析表達式 132
5.1.2 渦流損耗 135
5.1.3 仿真與實驗驗證方法 140
5.1.4 同心螺旋三線圈設計 142
5.1.5 三線圈結構補償電路設計 147
5.2 互感和負載變化下恒流輸出的阻抗匹配網(wǎng)絡調整方法 160
5.2.1 電池充電過程 160
5.2.2 雙邊LC-CCM阻抗匹配網(wǎng)絡電路拓撲分析 162
5.2.3 系統(tǒng)控制策略 167
5.2.4 仿真分析 169
5.2.5 實驗驗證 173
5.3 混合拓撲 179
5.3.1 混合拓撲基本結構 179
5.3.2 四線圈結構的耦合分析 179
5.3.3 四線圈結構的補償網(wǎng)絡 184
5.3.4 四線圈結構的傳輸特性 190
5.3.5 實驗驗證 194
5.4 本章小結 195
第6章 海洋環(huán)境下IPT系統(tǒng)磁耦合結構設計 196
6.1 適用于水下航行器的線圈結構 196
6.2 弧面線圈設計 196
6.2.1 質量計算 197
6.2.2 電磁輻射 200
6.3 抗360°旋轉偏移的螺線管線圈設計 202
6.3.1 線圈設計 202
6.3.2 電路分析 204
6.3.3 實驗驗證 206
6.4 抗360°旋轉偏移和軸向偏移的螺線管線圈設計 208
6.4.1 線圈設計 209
6.4.2 電路分析 210
6.4.3 實驗驗證 211
6.5 本章小結 213
第7章 IPT系統(tǒng)魯棒控制 215
7.1 GSSA建�；A 215
7.2 Boost變換器統(tǒng)一建模 217
7.3 IPT系統(tǒng)數(shù)學建模 220
7.4 模型仿真 227
7.5 IPT系統(tǒng)恒流充電控制器設計 231
7.5.1 IPT系統(tǒng)控制問題描述 232
7.5.2 系統(tǒng)PID控制器設計 232
7.5.3 系統(tǒng)魯棒控制器設計 237
7.5.4 魯棒控制器性能仿真與分析 248
7.5.5 電路模型中魯棒控制器性能仿真與分析 254
7.6 本章小結 258
參考文獻 259
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