[發明專利]一種膠囊內鏡無線供能系統優化方法、裝置及存儲介質

在審

• 申請號: 202310413782.0
• 申請日: 2023-04-17
• 公開（公告）號: CN116599241A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 李旻;吳錦宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;G06N3/006;G06F17/16;G06F17/14
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭宏謀

本發明公開了一種膠囊內鏡無線供能系統優化方法、裝置及存儲介質，其中方法包括：獲取膠囊內鏡的無線能量傳輸系統的器件等效電路模型；對器件等效電路模型中的二極管和LDO線性穩壓器進行建模；采用增量諧波平衡法計算無線能量傳輸系統達到穩態時，LDO線性穩壓器的輸入電壓Usubgt;ldo/subgt;，以及無線能量傳輸系統的直流輸入電流isubgt;lf/subgt;；根據輸入電壓Usubgt;ldo/subgt;和直流輸入電流isubgt;lf/subgt;計算適應值fitness；采用粒子群算法尋找最優的適應值fitness，以及輸出適應值fitness最優情況下傳輸系統的參數。本發明通過增量諧波平衡法計算系統穩態參數，利用粒子群算法優化系統參數，能夠有效地計算獲取無線能量傳輸系統的參數。可廣泛應用于電力電子系統領域。

技術領域

本發明涉及電力電子系統領域，尤其涉及一種膠囊內鏡無線供能系統優化方法、裝置及存儲介質。

背景技術

膠囊內鏡由于可以被患者口服，避免了傳統內窺鏡在檢查過程中出現的痛苦和不適癥狀，并且可以到達小腸深處。因此膠囊內鏡在胃腸道疾病的早期診斷過程中具有廣闊的應用前景。

膠囊內鏡的智能化對供能形式提出了新的要求，其中無線能量傳輸技術作為一種新的能量傳遞方式，是一種很好的解決方案。如圖1所示，膠囊內鏡的無線能量傳輸系統主要由三部分組成：體外E類功率放大器、耦合線圈、體內能量接收電路。其基本原理如下：首先，由體外的功率放大器將直流電源轉變為高頻交流電；接著，高頻交流電能流到發射線圈，被發射線圈轉化為磁場能輻射到周圍空間；之后，由于人體腹部基本組織的磁導率與空氣接近，磁場能可以順利地滲入皮膚、脂肪、肌肉、腸道，在發射線圈和接收線圈之間形成閉合磁路，磁場能就以互感的形式傳輸到了膠囊內鏡并被接收線圈轉化為電能；由于接收線圈的品質因數較高，其接收到的電能呈接近標準的正弦波形；經整流電路后其波形轉變成單極振蕩的正弦波；能量在經過濾波電容后變成有一定紋波的直流能；最后在LDO(LowDropout?Regulator)，即低壓差線性穩壓器的作用下變成可供各組塊芯片負載運作的，幅值在3.3V左右的穩定直流能。

但是，作為為膠囊內鏡實時供電的電力系統，實際的無線能量傳輸系統在建模和參數優化時往往需要考量很多的因素：1)實際的電路中既包括交替導通關斷的MOSFET管，也包括整流肖特基二極管、LDO線性穩壓器等非線性元件，全橋整流器等復雜的電路結構，非線性特性要復雜得多，往往很難通過一些通用的理論計算出電路的穩態特性。2)實際系統常常采用更高階的補償網絡來調理輸出功率，這樣一來參數調整難度過大。

發明內容

為至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一，本發明的目的在于提供一種基于增量諧波平衡法的膠囊內鏡無線供能系統優化方法、裝置及存儲介質。

本發明所采用的技術方案是：

一種膠囊內鏡無線供能系統優化方法，包括以下步驟：

獲取膠囊內鏡的無線能量傳輸系統的器件等效電路模型；

對器件等效電路模型中的二極管和LDO線性穩壓器進行建模；

采用增量諧波平衡法計算無線能量傳輸系統達到穩態時，LDO線性穩壓器的輸入電壓U_ldo，以及無線能量傳輸系統的直流輸入電流i_lf；

根據輸入電壓U_ldo和直流輸入電流i_lf計算適應值fitness；

采用粒子群算法尋找最優的適應值fitness，以及輸出適應值fitness最優情況下傳輸系統的參數；

其中，尋優的目標為適應值finess最小。

進一步地，所述無線能量傳輸系統包括發射電路和接收電路；其中發射電路包括E類功率放大器和阻抗變換網絡；