一种水下航行器无线充电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种水下航行器无线充电系统及其控制方法，其中水下航行器无线充电系统包括波浪发电平台、第一整流器、直流支撑电容、全桥逆变器、第一补偿电路和电能发射线圈；水下航行器包括电能接收线圈、第二补偿电路、第二整流器和电池；水下航行器充电时，波浪发电平台产生的电能传递至电能发射线圈；电能接收线圈与电能发射线圈通过强磁耦合产生变化电流；变化电流为电池充电；本发明专利技术实现水下航行器电能接收线圈与基站电能发射线圈的精确对接，且能够实时跟踪充电效率的变化，并根据效率变化情况调整工作频率，使得水下无线充电系统在海底复杂多变的环境以及洋流运动的影响下，能够保持稳定的电能传输。保持稳定的电能传输。保持稳定的电能传输。

【技术实现步骤摘要】
一种水下航行器无线充电系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于水下无线充电
，尤其涉及一种水下航行器无线充电系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着深海活动的发展，水下航行器在海洋安全、海洋经济与科学、海洋考古、救援与军事等方面有着广泛的应用。此外，水下航行器是一种智能运动平台，可以在真实的海洋环境中依靠遥控或自主安全导航，完成管道检测、环境监测、水下搜救、海洋油气勘探开发等多种任务。
[0003]为了满足上述需求，需要水下无人航行器(AUV)具有长时间续航的能力。在既不增加储能装置重量，又满足水下设备的密封性能的情况下，只能采用非接触式的无线充电技术。但在水下作业时，水下无人航行器容易受到洋流的干扰，发射线圈与接收线圈无法保持相对稳定位置来取得最佳的传输效率，导致充电速度慢的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种水下航行器无线充电系统及其控制方法。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种水下航行器无线充电系统，包括水下充电基站和水下航行器；
[000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下航行器无线充电系统，其特征在于，包括水下充电基站和水下航行器；所述水下充电基站包括依次电连接波浪发电平台、第一整流器、直流支撑电容、全桥逆变器、第一补偿电路和电能发射线圈；所述水下航行器包括电能接收线圈、第二补偿电路、第二整流器和电池；所述水下航行器充电时，波浪发电平台产生的电能通过所述第一整流器、直流支撑电容、全桥逆变器和第一补偿电路传递至电能发射线圈；所述电能接收线圈与电能发射线圈通过强磁耦合产生变化电流；变化电流通过第二补偿电路和第二整流器传递至电池端为电池充电；所述水下充电基站还包括声呐装置；所述水下航行器还包括水听器、定位控制器、上位机、压力传感器、运动控制器、推进器和充电频率跟踪器；所述水听器用于接收所述声呐装置发射的声学信号；所述定位控制器用于根据所述声学信号和电能接收线圈的感应电压提供水下航行器的定位方法；所述压力传感器用于采集水下航行器所在水深的压力值；所述上位机用于根据水下航行器的定位方法和水下航行器所在水深的压力值计算水下航行器相对于水下充电基站的位置；所述运动控制器用于根据水下航行器相对于水下充电基站的位置控制推进器调整的位置和角度；所述充电频率跟踪器用于检测水下航行器充电时的充电频率。2.一种水下航行器无线充电系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1所述的水下航行器无线充电系统，所述控制方法包括：建立三维坐标系；所述三维坐标系的原点位于电能发射线圈的中部，x轴垂直于y轴且x轴、y轴和原点所在平面平行于水面，z轴垂直于x轴、y轴和原点所在平面；将声呐装置中的第一声呐、第二声呐和第三声呐分别放置于三维坐标系的原点、x轴和y轴上；所述声呐装置发射唯一且可识别的声音信号；根据以下公式计算第一声呐、第二声呐和第三声呐分别与水下航行器的距离：其中，d1为第一声呐与水下航行器的距离；d2为第二声呐与水下航行器的距离；d3为第三声呐与水下航行器的距离；v为水下声速，为已知量；t
f1
为第一声呐发射声信号到水听器接收到第一声呐的发射声信号的时间；t
f2
为第二声呐发射声信号到水听器接收到第二声呐的发射声信号的时间；t
f3
为第三声呐发射声信号到水听器接收到第三声呐的发射声信号的时间；根据以下公式计算水下航行器的坐标：其中，x为水下航行器在三维坐标系中x轴上的坐标；y为水下航行器在三维坐标系中y轴上的坐标；z为水下航行器在三维坐标系中z轴上的坐标，由压力传感器采集水下航行器所在水深的压力值得到水下航行器在三维坐标系中z轴上的坐标；x2为第二声呐在三维坐
标系中x轴上的坐标；y3为第三声呐在三维坐标系中y轴上的坐标；得到：根据以下约束条件，运动控制器控制推进器调整的位置和角度：其中，Δx为三维坐标系中x轴上预设的水平阈值；Δy为三维坐标系中y轴上预设的水平阈值；Δz为三维坐标系中z轴上预设的深度阈值。3.根据权利要求2所述的水下航行器无线充电系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：将多个感应线圈固定连接在电能接收线圈的一侧，每个感应线圈的轴线均与电能接收线圈的轴线垂直；根据以下公式计算每个感应线圈的感应电压：V
sense
＝
‑
jωM1I；其中，V
sense
为单个线圈的感应电压；j为虚数单位；ω为电能发射线圈的电压频率；M1为电能发射线圈与单个感应线圈之间的互感系数；I为电能发射线圈的电流；在三维坐标系的三个坐标轴上分别选择多个点组成多个坐标，将电能接收线圈依次置于多个坐标上，通过仿真得到每个感应线圈在每个坐标的感应电压；根据已知位置的感应电压特性，将感应电压特性转化为位置特性，并依据此特性进行定位；根据XGBOOST模型进行坐标预测，首先选取坐标样本ξ，每个坐标样本ξ都对应一个特征集合V{V1,V2,
…
,V
n
}，然后根据坐标样本建立回归树的结构，确定每个回归树的筛选条件，同时根据回归树结构设置叶子结点，每一个叶子结点拥有一个叶子权重σ，假设共有δ个叶子结点，每个叶子结点都与一个样本坐标集合D
m
对应：D
m
＝{i∣q(ξ
i
)＝m}；其中，m表示叶子节点的序号，q(ξ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇晗，夏涛，訾振豪，王逸涵，马家辉，贝静雯，李航，张小亮，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：