水下无线电能传输技术原理

水下无线电能传输技术能很好地满足目前水下航行器智能化、多功能、远航程、准确导航的发展需求。《水下无线电能传输技术原理》系统阐述水下基于磁耦合的无线电能传输(IPT)系统的电能传输机理、系统设计和控制方法，主要内容包括无线电能传输技术研究现状、IPT系统基本原理、海洋环境物理参数对IPT系统影响机理分析、IPT系统阻抗匹配、互感变化下IPT系统设计、海洋环境下IPT系统磁耦合结构设计及IPT系统鲁棒控制等。

前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 海洋环境与空气环境无线电能传输共性技术研究现状 5
1.2.1 理论研究现状 6
1.2.2 应用研究现状 13
1.3 海洋环境特殊性问题研究现状 14
1.3.1 理论研究现状 14
1.3.2 应用研究现状 17
1.4 海洋环境中无线电能传输技术研究存在问题和挑战 19
1.5 本章小结 20
第2章 IPT系统基本原理 21
2.1 IPT系统电路模型 21
2.1.1 理想变压器模型 21
2.1.2 一般变压器模型 22
2.1.3 互感电路模型 24
2.2 IPT系统电磁场模型 36
2.2.1 IPT系统的复功率模型 36
2.2.2 IPT系统的能流密度矢量分析模型 40
2.2.3 IPT系统的功率传输模型 49
2.3 耦合模理论 50
2.4 本章小结 51
第3章 海洋环境物理参数对IPT系统影响机理分析 52
3.1 时谐电磁场基础 52
3.1.1 正弦量的复数表示法 52
3.1.2 时谐电磁场的约束方程 53
3.1.3 时谐电磁场的专享性 55
3.2 载有正弦交流电的线圈在海洋环境中的时谐电磁场解析解 57
3.2.1 模型建立 57
3.2.2 电场强度仅有周向分量的证明 58
3.2.3 电场强度解析表达式以及数值计算 60
3.2.4 空气和海洋环境中的电场比较 65
3.3 修正互感模型 67
3.3.1 涡流损耗分析 67
3.3.2 互感修正 70
3.4 实验验证 73
3.4.1 初级侧电路中的等效涡流阻抗 74
3.4.2 次级侧电路中的等效涡流阻抗 75
3.4.3 修正互感模型验证 76
3.5 海洋环境中的IPT系统能量分配模型 78
3.6 IPT系统的参数优化方法 80
3.6.1 无线电能传输系统能效优化准则 80
3.6.2 基于遗传算法的参数优化设计 81
3.7 本章小结 92
第4章 IPT系统阻抗匹配 93
4.1 反Γ型补偿结构 93
4.2 S-S型补偿结构 95
4.3 S-SP型补偿结构 96
4.4 T型补偿结构 100
4.4.1 T型Vin-Vout输出方式 100
4.4.2 对称式补偿结构 102
4.5 抗偏心结构-恒压型输出结构 104
4.6 抗偏心结构-恒流型输出结构 107
4.7 LCC-LCC型补偿结构 110
4.8 基于Boost变换器的阻抗匹配 116
4.8.1 IPT系统优选效率传输的很优负载条件 117
4.8.2 很优负载追踪 120
4.8.3 实验验证 129
4.9 本章小结 130
第5章 互感变化下IPT系统设计 131
5.1 适用于海洋环境的三线圈结构 131
5.1.1 螺旋三线圈电磁场解析表达式 132
5.1.2 涡流损耗 135
5.1.3 仿真与实验验证方法 140
5.1.4 同心螺旋三线圈设计 142
5.1.5 三线圈结构补偿电路设计 147
5.2 互感和负载变化下恒流输出的阻抗匹配网络调整方法 160
5.2.1 电池充电过程 160
5.2.2 双边LC-CCM阻抗匹配网络电路拓扑分析 162
5.2.3 系统控制策略 167
5.2.4 仿真分析 169
5.2.5 实验验证 173
5.3 混合拓扑 179
5.3.1 混合拓扑基本结构 179
5.3.2 四线圈结构的耦合分析 179
5.3.3 四线圈结构的补偿网络 184
5.3.4 四线圈结构的传输特性 190
5.3.5 实验验证 194
5.4 本章小结 195
第6章 海洋环境下IPT系统磁耦合结构设计 196
6.1 适用于水下航行器的线圈结构 196
6.2 弧面线圈设计 196
6.2.1 质量计算 197
6.2.2 电磁辐射 200
6.3 抗360°旋转偏移的螺线管线圈设计 202
6.3.1 线圈设计 202
6.3.2 电路分析 204
6.3.3 实验验证 206
6.4 抗360°旋转偏移和轴向偏移的螺线管线圈设计 208
6.4.1 线圈设计 209
6.4.2 电路分析 210
6.4.3 实验验证 211
6.5 本章小结 213
第7章 IPT系统鲁棒控制 215
7.1 GSSA建模基础 215
7.2 Boost变换器统一建模 217
7.3 IPT系统数学建模 220
7.4 模型仿真 227
7.5 IPT系统恒流充电控制器设计 231
7.5.1 IPT系统控制问题描述 232
7.5.2 系统PID控制器设计 232
7.5.3 系统鲁棒控制器设计 237
7.5.4 鲁棒控制器性能仿真与分析 248
7.5.5 电路模型中鲁棒控制器性能仿真与分析 254
7.6 本章小结 258
参考文献 259