[發明專利]一種用于聲載波無線傳輸的自適應AC-DC轉換裝置及方法

有效

• 申請號: 202110244034.5
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113114055B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 宋哲超;余紫瑩;楊軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H02M7/04
• 分類號: H02M7/04;H02J50/00;H02J50/15
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

1.一種用于聲載波無線傳輸的自適應AC-DC轉換方法，基于用于聲載波無線傳輸的自適應AC-DC轉換裝置實現，

所述裝置包括：電壓電流監測模塊、自適應控制器和可調AC-DC轉換模塊；所述可調AC-DC轉換模塊分別連接聲載波無線傳輸系統的前置部分和負載設備；

所述電壓電流監測模塊，用于實時監測并獲取可調AC-DC轉換模塊的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出電流信號，并將信號實時輸入到自適應控制器；

所述自適應控制器，用于實時接收電壓電流監測模塊輸出的信號，使用最優化算法計算可調AC-DC轉化電路中可調元器件的參數值，并將可調元器件的參數值輸入可調AC-DC電路；最終使可調AC-DC轉換模塊以及負載設備的阻抗和聲載波無線傳輸系統的前置部分的阻抗匹配；

所述可調AC-DC轉換模塊，用于接收聲載波無線傳輸系統的前置部分輸出的電壓和自適應控制器輸出的可調元器件的參數值，調整電路中的可調元器件的參數；

所述方法包括：

步驟1)設定所述可調AC-DC轉換模塊中可調元器件的初始值，運行聲載波無線傳輸系統；

步驟2)自適應控制器使用梯度下降算法調整可調電容值，調整完后進入步驟3)；

所述步驟2)具體包括：

步驟2-1)判斷是初次擾動還是后續擾動，初次擾動進入步驟2-2)，后續擾動進入步驟2-3)；

步驟2-2)確定初次擾動的擾動量Δ₁(T₁)，其取值范圍為：

Value_1,0×5％≥Δ₁(T₁)≥ΔT_1,min

其中，T₁為可調電容的當前調節次數，Value_1,0為第一次調整后的可調電容值，該值基于預處理后的自適應控制器的輸入電壓、輸入電流和輸出電壓的幅值，利用經驗公式數值法計算得到；ΔT_1,min為可調電容在物理上的最小調節量；

初次擾動的擾動方向定義為使可調電容值變大的方向，故初次擾動后的可調電容值Value₁(T₁)表示為：

Value₁(T₁)＝Value_1,0+Δ₁(T₁)

完成計算后進入步驟2-4)；

步驟2-3)確定后續擾動的擾動量Δ₁(T₁)，Δ₁(T₁)的取值范圍為：

δ₁(T₁-1)≥Δ₁(T₁)≥ΔT_1,min

其中，δ₁(T₁-1)為上一次梯度調節量的絕對值；

基于預處理后的自適應控制器的輸入電流和輸入電壓的幅值和相位信息計算實際輸入阻抗；使用實際輸入阻抗與聲載波無線傳輸系統的特性阻抗Z_c進行比較，得到匹配誤差值e₁(T₁)，后續擾動的擾動量的擾動方向根據當前匹配誤差值e₁(T₁)與上一次匹配誤差值e₁(T₁-1)的差的正負來決定，表述為sign(e₁(T₁)-e₁(T₁-1))∈{-1,1}，則后續擾動后的可調元器件值Value₁(T₁)表示為：

Value₁(T₁)＝Value₁(T₁-1)-Δ₁(T₁)×sign(e₁(T₁)-e₁(T₁-1))

完成計算后進入步驟2-4)；

步驟2-4)將擾動后的可調電容值輸入可調AC-DC轉換模塊進行調整并等待其運行穩定；

步驟2-5)計算當前匹配誤差值e₁(T₁)，并根據上一次匹配誤差值e₁(T₁-1)與上一次梯度調節量的絕對值δ₁(T₁-1)計算梯度g₁(T₁)，根據梯度g₁(T₁)和提前設定好的步長step_1,len產生一次梯度調節量δ₁(T₁)：

δ₁(T₁)＝-g₁(T₁)×step_1,len

則梯度調節后的可調電容值C(T₁)為：

C(T₁)＝C(T₁-1)+δ₁(T₁)

步驟2-6)將梯度調節后的可調電容值C(T₁)輸入可調AC-DC轉換模塊進行調整并等待其運行穩定，判斷梯度值的絕對值是否小于閾值ε_g，如果為是，則可調電容調整完畢，進行標記，T₁重置，進入步驟3)；否則，T₁加1后，進入步驟2-3)；

步驟3)自適應控制器保持可調電容值不變，使用梯度下降算法調整可調電感值，調整完后，進入步驟4)；

步驟4)所述自適應控制器對實時接收到的信號進行預處理，提取輸入電流和輸入電壓的幅值和相位信息；判斷是否達到最優的負載設備驅動條件，如果達到，調整結束；否則，自適應控制器保持可調電感值不變，進入步驟2)。