【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电能传输(wpt)，尤其涉及基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法。
技术介绍
1、系统参数对wpt系统输出性能及充电效率有很大的影响，许多研究人员在这方面进行了相关研究。目前，许多研究的重点在于优化系统的个别指标，但在很多应用场景中，系统不仅需要考虑输出电压、功率和电能传输效率，还需要考虑传输距离等其他因素，为了满足设计需求，通常需要综合考虑多个目标。
2、目前主流的参数设计方法，采用了演化计算等启发式优化权衡系统的多个目标，对电路进行参数设计。这种基于传统确定性概念优化的参数变量，由于不包含非确定性因素，也就没有考虑到不确定性随机因素造成的设计变量和目标函数的波动。在wpt系统实际运行过程中，系统易受到外界环境变化或其他因素的影响，系统参数会发生变化，因此无法保证系统在干扰因素作用下依然可满足设计规范的要求，同时也无法控制系统实际输出的波动范围。目前，针对wpt系统参数在实际应用中存在的参数不确定问题，最常用的方法是通过引入控制器进行在线调整。然而，引入控制器会显著增加系统的复杂度。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，解决的技术问题在于：如何在不增加系统复杂度的条件下，解决wpt系统参数在实际应用中存在的参数不确定的问题。
2、为解决以上技术问题，本专利技术提供基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，包括步骤：
3、s1、确定无线传能系统的电路结构，确定无线电能传输
4、s2、确定无线传能系统的耦合系数k为不确定的随机变量，并将输出目标参数的表达式中除耦合系数k以外的其他参数确定为无线电能传输系统的待优化参数；
5、s3、假设参数k服从截断正态分布，获取参数k的概率密度函数；
6、s4、定义多个常量参数表示输出目标参数的表达式中待优化参数之间的关系，将输出目标参数的表达式进行简化，得到与多个常量参数和参数k相关的输出目标参数的常量表达式；
7、s5、确定待优化参数的取值范围，参数k的设计范围，以及对输出目标参数的要求；
8、s6、根据待优化参数的取值范围、参数k的设计范围、对输出目标参数的要求和输出目标参数的常量表达式，计算输出目标参数的概率密度函数；
9、s7、根据待优化参数的取值范围、参数k的设计范围、对输出目标参数的要求、参数k的概率密度函数和目标参数的概率密度函数创建用于确定待优化参数的优化模型；
10、s8、对优化模型求解，确定待优化参数的具体值。
11、进一步地，在所述步骤s7中，所述优化模型构建为：
12、
13、
14、其中，f1表示对参数k的目标函数，σk表示参数k的标准差，根据参数k的概率密度函数计算σk；fm表示根据实际需求设置的m-1个目标函数中的第m个，m＝2,3,...,m，m≥3；ψ表示根据待优化参数的取值范围、参数k的设计范围和对输出目标参数的要求确定的约束条件，约束条件中的约束参数包括输出目标参数的期望和标准差，输出目标参数的期望和标准差根据输出目标参数的概率密度函数计算；min表示使最小，s.t.表示需满足。
15、进一步地，在所述步骤s3中，参数k的概率密度函数表示为：
16、
17、其中，x代表参数k，μ代表参数k的设计值，σ代表参数k的波动范围，(a,b)代表波动的范围，a是k最大波动范围的下界，b是k最大波动范围的上界，并且有b-a＝6μ；是标准正态分布的概率密度函数，是累积分布函数，或erf表示误差函数。
18、进一步地，所述步骤s6具体包括步骤：
19、s61、根据待优化参数的取值范围确定多个常量参数的取值范围；
20、s62、采用分布函数法分析目标参数的情况，得到目标参数的概率密度函数；
21、步骤s62包括步骤：
22、s621、用随机变量yi表示第i个目标参数，i≥2，则yi的分布函数表示为：
23、
24、其中，yi表示k与第i个目标参数的关系，p()表示括号内事件发生的概率，fi(x)表示k为随机变量时，与第i个目标参数的关系，故有yi＝fi(x)；
25、s622、求出yi≥fi(x)在多个常量参数的取值范围内的x解；
26、s623、根据x解，将yi的分布函数进行变换；
27、s624、根据x解与a、b的关系对s623进行变换后的分布函数进行化简；
28、s625、对简化后的分布函数进行求导，得到yi的概率密度函数
29、进一步地，输出目标参数的期望和标准差由下式计算：
30、
31、其中e(yi)表示yi的期望，表示yi的标准差，d(yi)表示yi的方差，e(yi2)表示yi2的期望，e(yi)表示yi的期望。
32、进一步地，在所述步骤s1中，无线传能系统的电路结构采用ss型拓扑；确定的输出目标参数包括系统的输出功率pout、输出电压uout和输出效率η中的至少1种；
33、输出功率pout、输出电压uout和输出效率η的表达式如下：
34、
35、其中，uinv是逆变输出电压，uinv与直流输入电压udc之间满足re是副边整流桥前的等效电阻，re与负载rl之间满足lp和ls分别是原边线圈和副边线圈的自感；rp和rs分别是原边线圈和副边线圈的内阻；w是逆变输出电压基波的角频率。
36、进一步地，在所述步骤s4中，与输出电压uout相关的常量参数a10、a11、a12定义为：
37、
38、与输出功率pout相关的常量参数a20、a21、a22定义为：
39、a20＝uinv2w2lplsre
40、a21＝w2lpls
41、a22＝rprs+rpre
42、与输出效率η相关的常量参数b0、b1、b2定义为：
43、
44、则与多个常量参数和参数k相关的输出目标参数的常量表达式为：
45、
46、进一步地，针对输出目标参数uout，所述步骤s62包括步骤：
47、s621a、用随机变量y1表示第1个目标参数uout，将y1的分布函数表示为：
48、
49、s622a、求出y1≥f1(x)在多个常量参数的取值范围内的x解，包括解x1、x2，且有0<x1<x2，x1、x2满足：
50、
51、s623a、根据解x1、x2，将y1的分布函数变换为：
52、
53、s624a、由于0<x1<x2，(a,b)∈(0,1)，根据x1、x2、a、b的关系将变换后的y1的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，在所述步骤S7中，所述优化模型构建为：
3.根据权利要求2所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，在所述步骤S3中，参数k的概率密度函数表示为：
4.根据权利要求3所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括步骤：
5.根据权利要求4所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，输出目标参数的期望和标准差由下式计算：
6.根据权利要求5所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于：在所述步骤S1中，无线传能系统的电路结构采用SS型拓扑；确定的输出目标参数包括系统的输出功率Pout、输出电压Uout和输出效率η中的至少1种；
7.根据权利要求6所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的基于随机变量的无
9.根据权利要求8所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，针对输出目标参数η，所述步骤S62包括步骤：
10.根据权利要求9所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于：在步骤S7中，对输出电压Uout的要求为dV，Uout波动±e％，对输出效率η的要求是不低于q％，输入电压Udc的取值范围为等于Uin，负载RL的取值范围为等于R，所述优化模型构建为：
...【技术特征摘要】
1.基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，在所述步骤s7中，所述优化模型构建为：
3.根据权利要求2所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，在所述步骤s3中，参数k的概率密度函数表示为：
4.根据权利要求3所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，所述步骤s6具体包括步骤：
5.根据权利要求4所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于，输出目标参数的期望和标准差由下式计算：
6.根据权利要求5所述的基于随机变量的无线传能系统多目标参数优化方法，其特征在于：在所述步骤s1中，无线传能系统的电路结构采用ss型拓扑...
【专利技术属性】
技术研发人员：白雪，李艳玲，戴欣，王智慧，唐春森，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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