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基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)的IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)方法與流程

文檔序號:12366125閱讀:818來源:國知局
基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)的IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)方法與流程
本發(fā)明涉及無線電能傳輸
技術(shù)領(lǐng)域
,具體涉及一種基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)的IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)方法。
背景技術(shù)
:隨著無線電能傳輸技術(shù)(wirelesspowertransfer,WPT)的日益成熟,且與傳統(tǒng)的物理傳導(dǎo)供電方式相比,該技術(shù)具有安全、便捷、美觀等優(yōu)勢,越來越多的用電設(shè)備對無物理連接線的電源系統(tǒng)提出了應(yīng)用需求。感應(yīng)式無線電能傳輸(inductivepowertransfer,IPT)技術(shù)相對于其它類型的WPT技術(shù),具有功率傳輸能力大、環(huán)境友好度高、控制簡單等特點(diǎn),因此在家用電器、生物植入醫(yī)療器械、電動汽車、水下設(shè)備等用電設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。圖1為IPT系統(tǒng)的基本框架,由圖1可知,實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)為電磁耦合機(jī)構(gòu),因此電磁耦合機(jī)構(gòu)為IPT系統(tǒng)的關(guān)鍵性以及標(biāo)志性環(huán)節(jié)。為滿足電能無線傳輸不同的應(yīng)用環(huán)境,電磁耦合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)具有多樣性,這就造成了多個(gè)類型的電磁耦合機(jī)構(gòu)能夠滿足同一個(gè)應(yīng)用的現(xiàn)象。國內(nèi)、外科研機(jī)構(gòu)對電動汽車無線供電應(yīng)用的電磁耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的研究,其中,針對偏移量的提升,韓國KAIST提出一種較大橫向偏移容忍度的非對稱電磁耦合機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)還具備良好的電磁場屏蔽功能;重慶大學(xué)提出DLDD(DoubleLayerDoubleD)電磁耦合機(jī)構(gòu)在拾取端位置發(fā)生偏移、偏轉(zhuǎn)時(shí)具有良好的充電性能;為了解決能量效率提升的問題,韓國KAIST提出了含輔助線圈的電磁耦合機(jī)構(gòu),針對充電區(qū)域問題,新西蘭奧克蘭大學(xué)提出的DD型(或DDQ型)電磁耦合機(jī)構(gòu),臺灣成功國立大學(xué)提出編織型電磁耦合機(jī)構(gòu)用于解決供電均勻性問題,南京航空航天大學(xué)提出的一種雙向矩陣擴(kuò)展、平面U形非接觸變壓器,增加耦合機(jī)構(gòu)耦合系數(shù)的同時(shí)提高了錯位容忍度。針對現(xiàn)有的文獻(xiàn)及研究進(jìn)行分析,電磁耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)一般集中在輸出功率、耦合效率、可充電區(qū)域以及成本等某一個(gè)或幾個(gè)方面,而沒有綜合考慮這些因素的約束下,耦合機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)的匹配程度。這是由于目前尚沒有較為全面系統(tǒng)衡量IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)性能的指標(biāo)體系,同時(shí),電磁耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺乏客觀科學(xué)的性能依據(jù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本申請通過提供一種基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)的IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)方法,以解決目前感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則往往只是追求輸出功率、耦合效率、可充電區(qū)域或者成本等單目標(biāo)或多隨機(jī)目標(biāo),沒有綜合考慮這些因素約束下,耦合機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)的匹配程度,而導(dǎo)致電磁耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的非全局性優(yōu)化品質(zhì)問題。為解決上述技術(shù)問題,本申請采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)的IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)方法,包括如下步驟:S1:以能效特性指標(biāo)Γ、空間特性指標(biāo)ST及攜能特性指標(biāo)δ作為IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評判指標(biāo)體系;S2:利用層次分析法對能效特性指標(biāo)Γ、空間特性指標(biāo)ST及攜能特性指標(biāo)δ的目標(biāo)權(quán)重賦值,具體包括如下步驟:S21:建立IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)模型;S22:構(gòu)建兩兩比較的判斷矩陣W,判斷矩陣W中的元素wij表示權(quán)重wi和權(quán)重wj對能效特性指標(biāo)Γ、空間特性指標(biāo)ST或者攜能特性指標(biāo)δ的影響大小之比,1/wij表示權(quán)重wj和權(quán)重wi對能效特性指標(biāo)Γ、空間特性指標(biāo)ST或者攜能特性指標(biāo)δ的影響大小之比,采用1-9尺度對wij進(jìn)行賦值;S23:目標(biāo)權(quán)重賦值:(1)將判斷矩陣W縱向進(jìn)行歸一化,得到判斷矩陣W的歸一化矩陣W′;(2)將歸一化矩陣W′的每一行數(shù)值相加,形成矩陣W″;(3)將矩陣W″歸一化,得到權(quán)向量集;S24:一致性檢驗(yàn):(1)首先計(jì)算一致性指標(biāo)式中,n為判斷矩陣的階數(shù),λmax為判斷矩陣特征向量中的極大值;(2)查找對應(yīng)階數(shù)判斷矩陣的一致性隨機(jī)指標(biāo)Rw;(3)一致性判斷,當(dāng)一致性指標(biāo)Cw與一致性隨機(jī)指標(biāo)Rw的比值小于0.1時(shí),認(rèn)為判斷矩陣的取值合理;S3:基于模糊綜合評價(jià)對IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行評判,具體包括如下步驟:S31:以能效特性指標(biāo)Γ、空間特性指標(biāo)ST及攜能特性指標(biāo)δ作為評判項(xiàng)目,建立IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)的性能評判因素集R及子項(xiàng)目集,其中,R=[R1,R2,R3]=[RΓ,RST,Rδ],RΓ、RST、Rδ分別表示對應(yīng)因數(shù)的評判映射,子項(xiàng)目集合為:RΓ=[RIp,Rf,RRL]RST=[RlM,RhM,RθM]Rδ=[Rh,Rlo,RSc,Rlp,Rls,RD,RVcore];]]>S32:建立評語集V:將IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)對系統(tǒng)需求的適合度劃分為4個(gè)等級{非常適合v1,較適合v2,一般適合v3,不適合v4},則對應(yīng)的評語集表示為V=[v1,v2,v3,v4],其中,∑vj=1,j={1,2,3,4},vj表示對該等級發(fā)生的概率值;S33:建立評判矩陣:建立評判因素Ri,i={1,2,3}與評語Ri,j={1,2,3,4}之間的映射關(guān)系rij,rij表示評判因素Ri對評語Vj的隸屬程度,R=RΓRSTRδ=r11r12r13r14r21r22r23r24r31r32r33r44]]>同理建立子項(xiàng)目中各參數(shù)的評判矩陣;S34:建立目標(biāo)權(quán)重集:建立評判因素Ri的目標(biāo)權(quán)重集W=[w1,w2,w3],bi對應(yīng)的為評判因素Ri的目標(biāo)權(quán)重,且w1+w2+w3=1;S35:計(jì)算模糊合成值;綜合評價(jià)結(jié)果式中,sj為評判對象對Vj的隸屬程度。進(jìn)一步地,基于目標(biāo)權(quán)重的能效特性指標(biāo)Γ=f(Pout,η,wΓ)=PoutηwΓ,式中,Pout為電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸出功率,η為IPT系統(tǒng)傳輸功率,目標(biāo)權(quán)重目標(biāo)權(quán)重wΓ由三個(gè)決策變量:發(fā)射線圈激勵電流Ip、系統(tǒng)工作頻率f、負(fù)載RL及其相應(yīng)的二級目標(biāo)權(quán)重組成,IpN為發(fā)射線圈激勵電流Ip的歸一化值,fN為系統(tǒng)工作頻率f的歸一化值,RLN為負(fù)載RL的歸一化值;基于目標(biāo)權(quán)重的空間特性指標(biāo)空間特性指標(biāo)ST是在滿足能效特性指標(biāo)需求Γ≥Γq的前提下,關(guān)于電磁耦合機(jī)構(gòu)最大可水平偏移距離lM、最大可傳輸距離hM及最大可偏轉(zhuǎn)角度θM的函數(shù),lM的二級目標(biāo)權(quán)重為hM的二級目標(biāo)權(quán)重為θM的二級目標(biāo)權(quán)重為lMN是電磁耦合機(jī)構(gòu)最大可水平偏移距離lM的歸一化值,hMN是最大可傳輸距離hM的歸一化值,θMN是最大可偏轉(zhuǎn)角度θM的歸一化值;基于目標(biāo)權(quán)重的攜能特性指標(biāo)是發(fā)射線圈激勵電流Ip幅值及系統(tǒng)工作頻率f恒定,且傳能距離h、水平偏移距離l0、偏轉(zhuǎn)角度θ以及傳能區(qū)域面積Sc一定時(shí),單位體積攜能介質(zhì)能夠提供的輸出功率,δ=f(Pos,h,lo,Sc,lp,ls,D,Vcore,θ)=PosVcoil+Vcorewδ]]>其中,式中,攜能特性指標(biāo)δ為關(guān)于輸出功率Pos、繞線體積Vcoil、磁芯體積Vcore以及權(quán)重wδ的函數(shù);輸出功率Pos為滿足發(fā)射線圈激勵電流Ip幅值及系統(tǒng)工作頻率f恒定,且傳能距離h、水平偏移距離l0、偏轉(zhuǎn)角度θ以及傳能區(qū)域面積Sc一定時(shí)的輸出功率;lp為電磁耦合機(jī)構(gòu)原邊線圈繞線長度,ls為電磁耦合機(jī)構(gòu)副邊線圈繞線長度,D為繞線線徑,h、lo、Sc、lp、ls、D、Vcore、θ的二級目標(biāo)權(quán)重分別為wh、wD、wθ,hN為傳能距離h的歸一化值,loN為水平偏移距離l0的歸一化值,ScN為傳能區(qū)域面積Sc的歸一化值,lpN為電磁耦合機(jī)構(gòu)原邊線圈繞線長度lp的歸一化值,lsN為電磁耦合機(jī)構(gòu)副邊線圈繞線長度ls的歸一化值,DN為繞線線徑D的歸一化值,VcoreN為磁芯體積Vcore的歸一化值,θN是偏轉(zhuǎn)角度θ的歸一化值。因?yàn)橹笜?biāo)分為成本型、效益型及適中型三種類型,由于不同指標(biāo)在量綱、取值方向、數(shù)量級等方面存在不同,所以,需要分情況進(jìn)行指標(biāo)的歸一化。發(fā)射線圈激勵電流Ip、系統(tǒng)工作頻率f、傳能區(qū)域面積Sc、電磁耦合機(jī)構(gòu)原邊線圈繞線長度lp、電磁耦合機(jī)構(gòu)副邊線圈繞線長度ls、繞線線徑D以及磁芯體積Vcore均為成本型指標(biāo),按照XN=(Xmax-X)/(Xmax-Xmin)進(jìn)行歸一化,其中,發(fā)射線圈激勵電流Ip及系統(tǒng)工作頻率f與電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸出功率Pout、IPT系統(tǒng)傳輸功率η成平方關(guān)系,歸一化時(shí),令X為和f2;最大可水平偏移距離lM、最大可傳輸距離hM、最大可偏轉(zhuǎn)角度θM、傳能距離h、水平偏移距離l0以及偏轉(zhuǎn)角度θ均為效益型指標(biāo),按照XN=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)進(jìn)行歸一化;負(fù)載RL為適中型指標(biāo),按照XN=|X-X0|/(Xmax-Xmin)進(jìn)行歸一化;式中,XN為指標(biāo)歸一化值,取值范圍為[0,1],無量綱,Xmax與Xmin分別為指標(biāo)X系統(tǒng)所需的上、下界,X0為指標(biāo)X系統(tǒng)所需的適中值。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案,具有的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)是:以能效特性指標(biāo)Γ、空間特性指標(biāo)ST及攜能特性指標(biāo)δ作為IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評判指標(biāo)體系,利用層次分析法推導(dǎo)出具有目標(biāo)權(quán)重的性能特性指標(biāo)表述,最后結(jié)合模糊綜合評價(jià)對IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)性能與應(yīng)用場合的契合度進(jìn)行評判,給出以數(shù)值方式評判電磁耦合機(jī)構(gòu)性能優(yōu)劣的方法,為耦合機(jī)構(gòu)類型的確定提供了客觀科學(xué)的參考依據(jù)。附圖說明圖1為無線電能傳輸系統(tǒng)基本框架;圖2為遞階層次結(jié)構(gòu)模型;圖3為評語集隸屬度函數(shù)分布圖;圖4為IPT系統(tǒng)主電路拓?fù)鋱D;圖5為攜能特性隨水平偏移變化曲線圖;圖6為攜能特性隨傳能距離變化曲線圖;圖7為SD型電磁耦合機(jī)構(gòu)輸入波形圖;圖8為DLDD型電磁耦合機(jī)構(gòu)輸入波形圖;圖9為電動汽車直流充電波形圖。具體實(shí)施方式本申請實(shí)施例通過提供一種基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)的IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)方法,以解決目前感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則往往是追求輸出功率、耦合效率、可充電區(qū)域或者成本等單目標(biāo)或多隨機(jī)目標(biāo),沒有綜合考慮這些因素約束下,耦合機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)的匹配程度,而導(dǎo)致電磁耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的非全局性優(yōu)化品質(zhì)問題。為了更好的理解上述技術(shù)方案,下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式,對上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。實(shí)施例一種基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)的IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)方法,包括如下步驟:S1:以能效特性指標(biāo)Γ、空間特性指標(biāo)ST及攜能特性指標(biāo)δ作為IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評判指標(biāo)體系;電磁耦合機(jī)構(gòu)能效特性指標(biāo)是指反映電磁耦合機(jī)構(gòu)電磁性能、傳輸能力等的綜合性能指標(biāo),以電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸出功率、傳輸效率作為能效特性的主要指標(biāo),基于目標(biāo)權(quán)重的能效特性指標(biāo)Γ=f(Pout,η,wΓ)=PoutηwΓ(1)式中,Pout為電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸出功率,η為IPT系統(tǒng)傳輸功率,目標(biāo)權(quán)重目標(biāo)權(quán)重wΓ由三個(gè)決策變量:發(fā)射線圈激勵電流Ip、系統(tǒng)工作頻率f、負(fù)載RL及其相應(yīng)的二級目標(biāo)權(quán)重wf、組成,IpN為發(fā)射線圈激勵電流Ip的歸一化值,fN為系統(tǒng)工作頻率f的歸一化值,RLN為負(fù)載RL的歸一化值;以SS補(bǔ)償拓?fù)銲PT系統(tǒng)為例,電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸出功率Pout和IPT系統(tǒng)傳輸功率η可以表示為:式中,M為電磁耦合機(jī)構(gòu)原副邊線圈的互感,Rp、Rs分別為原副邊線圈的阻值;電磁耦合機(jī)構(gòu)能效特性指標(biāo)Γ將直接影響IPT系統(tǒng)的性能,其主要決策變量均為系統(tǒng)的電氣參數(shù),它能夠?qū)㈦姶篷詈蠙C(jī)構(gòu)的電氣參數(shù)與IPT系統(tǒng)的性能進(jìn)行關(guān)聯(lián)。電磁耦合機(jī)構(gòu)空間特性指標(biāo)是指滿足能效特性指標(biāo)要求的前提下,能夠反映電磁耦合機(jī)構(gòu)空間靈活性及拾取自由度等的性能指標(biāo)。以最大可水平偏移距離lM、最大可傳輸距離hM及最大偏轉(zhuǎn)角度θM作為主要指標(biāo),基于目標(biāo)權(quán)重的空間特性指標(biāo)空間特性指標(biāo)ST是在滿足能效特性指標(biāo)需求?!荭的前提下,關(guān)于電磁耦合機(jī)構(gòu)最大可水平偏移距離lM、最大可傳輸距離hM及最大可偏轉(zhuǎn)角度θM的函數(shù),lM的二級目標(biāo)權(quán)重為hM的二級目標(biāo)權(quán)重為θM的二級目標(biāo)權(quán)重為lMN是電磁耦合機(jī)構(gòu)最大可水平偏移距離lM的歸一化值,hMN是最大可傳輸距離hM的歸一化值,θMN是最大可偏轉(zhuǎn)角度θM的歸一化值;電磁耦合機(jī)構(gòu)的空間特性指標(biāo)將直接影響其能效特性指標(biāo),它將電磁耦合機(jī)構(gòu)的空間參數(shù)與其能效特性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。基于目標(biāo)權(quán)重的攜能特性指標(biāo)是發(fā)射線圈激勵電流Ip幅值及系統(tǒng)工作頻率f恒定,且傳能距離h、水平偏移距離l0、偏轉(zhuǎn)角度θ以及傳能區(qū)域面積Sc一定時(shí),單位體積攜能介質(zhì)(一般包括繞線和磁芯兩部分)能夠提供的輸出功率,δ=f(Pos,h,lo,Sc,lp,ls,D,Vcore,θ)=PosVcoil+Vcorewδ---(4)]]>其中,式中,攜能特性指標(biāo)δ為關(guān)于輸出功率Pos、繞線體積Vcoil、磁芯體積Vcore以及權(quán)重wδ的函數(shù);輸出功率Pos為滿足發(fā)射線圈激勵電流Ip幅值及系統(tǒng)工作頻率f恒定,且傳能距離h、水平偏移距離l0、偏轉(zhuǎn)角度θ以及傳能區(qū)域面積Sc一定時(shí)的輸出功率;lp為電磁耦合機(jī)構(gòu)原邊線圈繞線長度,ls為電磁耦合機(jī)構(gòu)副邊線圈繞線長度,D為繞線線徑,h、lo、Sc、lp、ls、D、Vcore、θ的二級目標(biāo)權(quán)重分別為wh、wD、wθ,hN為傳能距離h的歸一化值,loN為水平偏移距離l0的歸一化值,ScN為傳能區(qū)域面積Sc的歸一化值,lpN為電磁耦合機(jī)構(gòu)原邊線圈繞線長度lp的歸一化值,lsN為電磁耦合機(jī)構(gòu)副邊線圈繞線長度ls的歸一化值,DN為繞線線徑D的歸一化值,VcoreN為磁芯體積Vcore的歸一化值,θN是偏轉(zhuǎn)角度θ的歸一化值。電磁耦合機(jī)構(gòu)的攜能特性指標(biāo)是當(dāng)空間特性一定時(shí),其結(jié)構(gòu)參數(shù)(線圈尺寸、繞線長度以及繞線線徑、磁芯結(jié)構(gòu))在能效特性指標(biāo)中的體現(xiàn),電磁耦合機(jī)構(gòu)的攜能特性指標(biāo)也將直接影響其能效特性指標(biāo),它將電磁耦合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與能效特性指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。發(fā)射線圈激勵電流Ip、系統(tǒng)工作頻率f、傳能區(qū)域面積Sc、電磁耦合機(jī)構(gòu)原邊線圈繞線長度lp、電磁耦合機(jī)構(gòu)副邊線圈繞線長度ls、繞線線徑D以及磁芯體積Vcore均為成本型指標(biāo),按照XN=(Xmax-X)/(Xmax-Xmin)進(jìn)行歸一化,其中,發(fā)射線圈激勵電流Ip及系統(tǒng)工作頻率f與電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸出功率Pout、IPT系統(tǒng)傳輸功率η成平方關(guān)系,歸一化時(shí),令X為和f2;最大可水平偏移距離lM、最大可傳輸距離hM、最大可偏轉(zhuǎn)角度θM、傳能距離h、水平偏移距離l0以及偏轉(zhuǎn)角度θ均為效益型指標(biāo),按照XN=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)進(jìn)行歸一化;負(fù)載RL為適中型指標(biāo),按照XN=|X-X0|/(Xmax-Xmin)進(jìn)行歸一化;式中,XN為指標(biāo)歸一化值,取值范圍為[0,1],無量綱,Xmax與Xmin分別為指標(biāo)X系統(tǒng)所需的上、下界,X0為指標(biāo)X系統(tǒng)所需的適中值。綜上,空間特性及攜能特性為電磁耦合機(jī)構(gòu)具備的自身性質(zhì),與系統(tǒng)的電氣參數(shù)無關(guān),且它們之間相互影響。而機(jī)構(gòu)的能效特性與系統(tǒng)的電氣參數(shù)相關(guān),因此可以認(rèn)為,攜能特性及空間特性是電磁耦合機(jī)構(gòu)能效特性的基礎(chǔ),而機(jī)構(gòu)的能效特性實(shí)現(xiàn)了電磁耦合機(jī)構(gòu)的自身性質(zhì)與系統(tǒng)的電氣品質(zhì)相關(guān)聯(lián)。S2:利用層次分析法對能效特性Γ、空間特性ST及攜能特性指標(biāo)δ的目標(biāo)權(quán)重賦值,即將目標(biāo)權(quán)重的偏好值進(jìn)行量化分析,并兩兩比較、決策,最終得出一組相對合理的權(quán)值。由于攜能特性指標(biāo)δ與輸出功率、空間特性相關(guān),且決策變量較多,本實(shí)施例以δ為例推導(dǎo)其目標(biāo)權(quán)重賦值。對于對稱結(jié)構(gòu)的電磁耦合機(jī)構(gòu),攜能特性指標(biāo)δ受偏轉(zhuǎn)角度θ的影響較小,且大多數(shù)電磁耦合機(jī)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu),故忽略偏轉(zhuǎn)角度θ的影響。具體包括如下步驟:S21:建立IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)模型,如圖2所示;S22:構(gòu)建兩兩比較的判斷矩陣W,對影響攜能特性指標(biāo)δ的7個(gè)目標(biāo)權(quán)重分別建立兩兩比較的矩陣,即建立一個(gè)W77的判斷矩陣,判斷矩陣W77中的元素wij表示權(quán)重wi和權(quán)重wj對攜能特性指標(biāo)δ的影響大小之比,即前者相比后者的重要程度,1/wij表示權(quán)重wj和權(quán)重wi對攜能特性指標(biāo)δ的影響大小之比,采用Satty等人提出的1-9尺度對wij進(jìn)行賦值;在電動汽車無線充電系統(tǒng)中,wij的取值是由系統(tǒng)需求決定,對不同的系統(tǒng),wij的取值存在一定的自由度。在攜能特性指標(biāo)δ的表達(dá)式中按照順序令各二級目標(biāo)權(quán)重h、l0、Sc、lp、ls、D、Vcore分別為w1~w7,根據(jù)當(dāng)前研究項(xiàng)目的系統(tǒng)需求,“當(dāng)前偏移距離l0”最為重要,“當(dāng)前傳能距離h”次之,然后“傳能區(qū)域面積Sc”、“原邊線圈繞線長度lp”和“副邊線圈繞線長度ls”,最后是“繞線線徑D”和“磁芯體積Vcore”,可得到目標(biāo)權(quán)重賦值標(biāo)度構(gòu)建判斷矩陣W77,以w16為例,w16=5表示“傳能距離h”較“繞線線徑D”顯然重要。W77=16444551/611/31/31/31/21/21/43111331/43111331/43111331/521/31/31/3111/521/31/31/311]]>S23:目標(biāo)權(quán)重賦值:(1)將判斷矩陣W77縱向進(jìn)行歸一化,得到判斷矩陣W77的歸一化矩陣W′77;(2)將歸一化矩陣W′77的每一行數(shù)值相加,形成矩陣W″71;(3)將矩陣W″71歸一化,得到權(quán)向量集W={0.37420.04760.1450.1450.1450.07160.0716};S24:一致性檢驗(yàn):(1)首先計(jì)算一致性指標(biāo)式中,n為判斷矩陣的階數(shù),n=7,λmax為判斷矩陣特征向量中的極大值,λmax=7.1956,因此,Cw=0.0326;(2)查找對應(yīng)階數(shù)判斷矩陣的一致性隨機(jī)指標(biāo)Rw;(3)一致性判斷,當(dāng)一致性指標(biāo)Cw與一致性隨機(jī)指標(biāo)Rw的比值小于0.1時(shí),認(rèn)為判斷矩陣的取值合理,在本實(shí)施例中,一致性指標(biāo)Cw與一致性隨機(jī)指標(biāo)Rw的比值為0.0247,說明判斷矩陣的取值較為合理,無需進(jìn)行反復(fù)調(diào)整;δ=PosVcoil+Vcore(0.3742hN+0.0476loN+0.145ScN+0.145lpN+0.145lsN+0.0716DN+0.0176VcoreN)---(7)]]>同理,能效特性以及空間特性也可通過層次分析法得到具體的函數(shù)表達(dá)式,根據(jù)變量與性能特性之間的函數(shù)關(guān)系,可得到含目標(biāo)權(quán)重的能效特性及空間特性表述為:Γ=Poutη(0.5936IpN+0.2968fN+0.1096RLN)ST=(0.1843lMN+0.7371hMN+0.0786θMN)||Γ≥Γq---(8)]]>以上的表述推導(dǎo)是基于電動汽車無線充電的性能需求偏好,而在其他應(yīng)用中也可采用該方法進(jìn)行相應(yīng)的表述求解。此外,關(guān)于Г的推導(dǎo)是假定電磁耦合機(jī)構(gòu)參數(shù)確定的前提下,只考慮了系統(tǒng)電氣參數(shù)對Г的影響。若要實(shí)現(xiàn)電磁耦合機(jī)構(gòu)的3個(gè)特性指標(biāo)作為其性能優(yōu)劣的評判,需將3個(gè)特性指標(biāo)進(jìn)行定量分析。由圖2可知,系統(tǒng)要考慮的指標(biāo)較多,本實(shí)施例應(yīng)建立二級模糊綜合評判模型,首先對低層次的指標(biāo)進(jìn)行綜合評判,然后對高層次的指標(biāo)進(jìn)行綜合評判。特性性能評判需建立多層次的評判模型,模糊綜合評判在多層次的評判中已有較多成功應(yīng)用的案例。S3:基于模糊綜合評價(jià)對IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行評判,具體包括如下步驟:S31:以能效特性Γ、空間特性ST及攜能特性指標(biāo)δ作為評判項(xiàng)目,建立IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)的性能評判因素集R及子項(xiàng)目集,其中,R=[R1,R2,R3]=[RΓ,RST,Rδ](9)RΓ、RST、Rδ分別表示對應(yīng)因數(shù)的評判映射,子項(xiàng)目集合為:RΓ=[RIp,Rf,RRL]RST=[RlM,RhM,RθM]Rδ=[Rh,Rlo,RSc,Rlp,Rls,RD,RVcore]---(10)]]>S32:建立評語集V:將IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)對系統(tǒng)需求的適合度劃分為4個(gè)等級{非常適合v1,較適合v2,一般適合v3,不適合v4},則對應(yīng)的評語集表示為V=[v1,v2,v3,v4],其中,∑vj=1,j={1,2,3,4},vj表示對該等級發(fā)生的概率值;S33:建立評判矩陣:建立評判因素Ri,i={1,2,3}與評語Ri,j={1,2,3,4}之間的映射關(guān)系rij,rij表示評判因素Ri對評語Vj的隸屬程度,取值范圍為[0,1],且R=RΓRSTRδ=r11r12r13r14r21r22r23r24r31r32r33r44---(11)]]>同理建立子項(xiàng)目中各參數(shù)的評判矩陣;隸屬度的確定一般有模糊統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法及指派法兩種,結(jié)合因數(shù)集的數(shù)據(jù)特點(diǎn),本實(shí)施例采用指派法中的半梯形和三角形分布函數(shù),評語集的函數(shù)分布如圖3所示。v1為降半梯形隸屬函數(shù),v2、v3擇三角形隸屬函數(shù),選擇升半梯形函數(shù)。圖3的x為IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)的各個(gè)指標(biāo)(因素)經(jīng)過歸一化處理后的值,范圍為[0,1],結(jié)合因數(shù)集的數(shù)據(jù)特點(diǎn),并設(shè)定相應(yīng)的a0~a10各層標(biāo)度值,得到各個(gè)指標(biāo)對4個(gè)評判等級的可能性rij。S34:建立目標(biāo)權(quán)重集:建立評判因素Ri的目標(biāo)權(quán)重集W=[w1,w2,w3],bi對應(yīng)的為評判因素Ri的目標(biāo)權(quán)重,且w1+w2+w3=1;S35:計(jì)算模糊合成值;加權(quán)平均型模糊運(yùn)算將多個(gè)對象因素依照其重要度進(jìn)行排序運(yùn)算,綜合考慮了主要與非主要因素對結(jié)果的影響,常用于模糊綜合評判結(jié)果運(yùn)算,其運(yùn)算公式為:綜合評價(jià)結(jié)果式中,sj為評判對象對Vj的隸屬程度。通過上述方法,可以實(shí)現(xiàn)對IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)性能特性的評判,該判方法,能夠結(jié)合設(shè)計(jì)人員的主觀經(jīng)驗(yàn)與客觀的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn),最終得到直觀評判結(jié)果。且評判過程中需要的參數(shù)為系統(tǒng)電氣參數(shù)需求以及耦合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)仿真值,無需繞制實(shí)際線圈,為設(shè)計(jì)提供了較為合理的參考。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的顯著效果,接下來進(jìn)行做如下驗(yàn)證:首先對IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)的性能特性的數(shù)學(xué)表述進(jìn)行驗(yàn)證。針對電動汽車無線充電系統(tǒng)的應(yīng)用,提出SD型和DLDD型電磁耦合機(jī)構(gòu)。IPT系統(tǒng)主電路拓?fù)淙鐖D4所示,系統(tǒng)原、副邊均采用串聯(lián)補(bǔ)償拓?fù)?,令工作頻率f為40kHZ,原邊采用恒流控制,副邊輸出的等效負(fù)載為電動汽車電池組,其阻值RL=12.5Ω,傳輸距離h=0.3m,滿足電動汽車無線充電需求的各個(gè)參數(shù)的實(shí)際取值以及歸一化值域轉(zhuǎn)化如表1所示,歸一化的標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)需求,其中,RL的適中值取12Ω,互感值M的范圍為[44μH,68μH],由AnsysMaxwell16.0軟件仿真,可得到能效特性指標(biāo)的決策變量lM、hM及θM歸一化處理的最大值,依次約為200mm、400mm和30°。表1參數(shù)值域歸一化參數(shù)最小最大參數(shù)最小最大Ip/A10100lo/mm0200f/kHz2080Sc/m20.51RL/Ω1014lp/m9.6161.1lM/mm0200ls/m9.6161.6hM/mm0400D/m0.0010.02θM/(°)030Vcore/m300.0128h/mm0400———SD型和DLDD型兩種電磁耦合機(jī)構(gòu)線圈線徑D=0.01m,Vcore=0.0018m3,其他線圈參數(shù)取值如表2所示。表2電磁耦合機(jī)構(gòu)線圈參數(shù)以攜能特性為例,檢測電磁耦合機(jī)構(gòu)性能特性表述的合理性。測量兩種類型線圈構(gòu)成的電磁耦合機(jī)構(gòu)在不同高度、偏移距離時(shí)的互感值,由式(2)中的輸出功率表達(dá)式可知,f、Ip、RL和h已知時(shí),Pout僅與M2相關(guān),由此可通過式(7)得到兩種類型電磁耦合機(jī)構(gòu)的攜能特性隨空間位置變化(考慮拾取線圈發(fā)生傳能距離變化、水平偏移及旋轉(zhuǎn)角度變化)的分布曲線,如圖5、6所示。圖5為攜能特性隨水平偏移變化曲線圖,圖6為攜能特性隨傳能距離變化曲線圖。由圖5可知,在偏移距離為0時(shí),由于DLDD線圈的繞線用量大于SD線圈,因此其攜能特性相對較小。隨著橫、縱向偏移距離的增加,DLDD線圈的M值衰減速度較小,其攜能特性衰減速度小于SD線圈,因此在偏移距離較大時(shí),DLDD型電磁耦合機(jī)構(gòu)的攜能特性要優(yōu)于SD電磁耦合機(jī)構(gòu)。以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用,即DLDD線圈更加適用于偏移距離需求較大的電動汽車無線充電系統(tǒng),這也證明了攜能特性解析解的合理性。電磁耦合機(jī)構(gòu)的另外兩個(gè)特性解析解的合理性也可以通過類似方法證明。進(jìn)一步分析模糊綜合評判方法在電磁耦合機(jī)構(gòu)性能評判應(yīng)用中的合理性。SD和DLDD型兩種電磁耦合機(jī)構(gòu)的模糊綜合評判結(jié)果為:W′SD=[0.2252,0.592,0.0167,0.1661]W′DLDD=[0.6247,0.3753,0,0]由上式可知,SD型對4個(gè)評語等級的隸屬度依次為0.2252、0.592、0.0167和0.1661,DLDD型“非常適合”與“較適合”的隸屬度分別為0.6247和0.3753,而“一般適合”與“不適合”的隸屬度分別均為0;根據(jù)最大隸屬度原則,DLDD型電磁耦合機(jī)構(gòu)“非常適合”電動汽車無線充電應(yīng)用,SD型“一般適合”電動汽車無線充電應(yīng)用,可以得到DLDD型較SD型具有較好的評判結(jié)果。圖7為SD型電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸入波形,SD型電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸入電壓為381V,輸入電流為36.1A;圖8為DLDD型電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸入波形,DLDD型電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸入電壓為457V,輸入電流為29A。圖9為IPT系統(tǒng)的直流輸出波形,電磁耦合機(jī)構(gòu)的輸出經(jīng)過整流及穩(wěn)壓后為電動汽車充電,穩(wěn)壓設(shè)置為390V,電動汽車的充電功率(即IPT系統(tǒng)的輸出功率)為12kW。SD型電磁耦合機(jī)構(gòu)的耦合效率約為88.7%,DLDD型電磁耦合機(jī)構(gòu)的耦合效率約為92%。SD型和DLDD型兩種電磁耦合機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明后者類型的IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)較前者更適合于電動汽車無線充電應(yīng)用,與本實(shí)施例提出的模糊綜合評判結(jié)果一致。本申請的上述實(shí)施例中,通過提供一種基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)的IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評價(jià)方法,首先以能效特性指標(biāo)Γ、空間特性指標(biāo)ST及攜能特性指標(biāo)δ作為IPT系統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)性能評判指標(biāo)體系,然后利用層次分析法推導(dǎo)出具有目標(biāo)權(quán)重的性能特性指標(biāo)表述,最后結(jié)合模糊綜合評價(jià)對IPT系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)性能與應(yīng)用場合的契合度進(jìn)行評判,給出以數(shù)值方式評判電磁耦合機(jī)構(gòu)性能優(yōu)劣的方法,為耦合機(jī)構(gòu)類型的確定提供了客觀科學(xué)的參考依據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出的是,上述說明并非是對本發(fā)明的限制,本發(fā)明也并不僅限于上述舉例,本
技術(shù)領(lǐng)域
的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改性、添加或替換,也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3 
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