[发明专利]一种无线电能传输系统线圈互感建模方法和装置

说明书

本申请涉及一种无线电能传输系统线圈互感建模方法和装置。所述方法包括获取两线圈的多组测量数据，并将多组测量数据分为训练样本和测试样本；构建线圈互感模型；该模型是BP神经网络，包括输入层、隐藏层及输出层；利用训练样本对该模型进行训练，得到训练好的线圈互感模型。利用该模型估计不存在于训练样本和测试样本中的线圈互感模型的输入参数与对应的线圈互感之间的关系。本方法能够对任意相对位置的线圈互感进行建模，并且适用于不同参数的线圈；使用实验数据作为建模的数据来源，可将传统理论推导中无法量化的参数项进行整体建模，可提高参数到线圈互感的模型精度，对磁耦合谐振无线电能传输系统的分析和设计具有一定提升作用。

技术领域

本申请涉及磁耦合谐振无线电能传输技术领域，特别是涉及一种无线电能传输系统线圈互感建模方法和装置。

背景技术

磁耦合谐振无线电能传输技术是一种新型非接触式能量传输技术，可在数米范围内高效传输电能，同时可穿过非导磁性障碍物，在嵌入式传感器无线供电方面有着良好的应用前景。

发射与接收线圈之间的互感(以下简称线圈互感)作为磁耦合谐振无线电能传输系统的重要参数，对系统整体性能有重要影响。线圈互感的大小取决于线圈自身几何形状、尺寸大小、相对位置、匝数、以及线圈所处环境中介质的电导率、磁导率、温度、压力等参数相关。在传统建模方法中，线圈互感通过理论公式计算获得，但在理论计算公式的推导过程中，由于磁耦合谐振无线电能传输系统的一些内在机理缺失、或者难以用解析表达式来进行准确描述，使得线圈互感的理论计算值与真实值存在差异，从而影响整个无线电能传输系统的分析和设计。数据驱动的线圈互感建模方法能够有效克服以上不足，可以在无法获得系统内在机理的情况下，利用系统的输入输出数据来训练线圈互感的数据模型，根据数据模型得到的线圈互感值更逼近真实值。因此，数据建模方法在无线电能传输系统的分析、设计与优化中具有重要价值。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种无线电能传输系统线圈互感建模方法和装置。

一种无线电能传输系统线圈互感建模方法，所述方法包括：

获取用于无线电能传输的两个磁场耦合线圈的多组测量数据，并将多组所述测量数据分为训练样本和测试样本；所述测量数据包括线圈的自身参数、线圈所处的环境参数、两个磁场耦合线圈的相对位置参数以及对应的两个线圈之间的线圈互感。

构建线圈互感模型；所述线圈互感模型是BP神经网络，包括输入层、隐藏层以及输出层；所述输入层包含的节点数目与测量数据中的线圈的自身参数、线圈所处的环境参数、两个磁场耦合线圈的相对位置参数的参数数量的总和相同，所述隐藏层的层数为2，每层隐藏层的节点个数是根据训练样本中样本总数、输入层节点数量、输出层节点数量以及预设的比例参数确定的；所述输出层包含1个节点。

利用训练样本对线圈互感模型进行训练，模型采用正向信号转播、反向误差转播、循环调整连接权重的方式进行训练，直到在测试数据上输出层误差小于预设阈值误差或者循环次数达到预设训练次数结束循环，得到训练好的线圈互感模型。

利用训练好的线圈互感模型估计不存在于训练样本和测试样本中的线圈的自身参数、线圈所处的环境参数以及两个磁场耦合线圈的相对位置参数与线圈互感之间的关系。

在其中一个实施例中，所述测量数据包括线圈的自身参数、线圈所处的环境参数、两个磁场耦合线圈的相对位置参数以及对应的两个线圈之间的线圈互感；所述线圈的自身参数包括线圈的形状、尺寸以及匝数等；所述环境参数包括介质的电导率、磁导率、温度以及压力等。

获取两线圈的多组测量数据，并将多组所述测量数据分为训练样本和测试样本，包括：

在线圈的自身参数、线圈所处的环境参数以及两个磁场耦合线圈的相对位置参数确定的情况下，利用阻抗测试仪测量两线圈顺接串联组成电感的自感和两线圈反接串联组成电感的自感，得到对应的线圈互感。