文/陳士奎 么立申

WPT 的問題自提出以來，便引起了國內(nèi)外眾多學者和研究機構(gòu)的濃厚興趣。近年來，無線電能傳輸技術(shù)獲得了國內(nèi)外研究人員的廣泛關注，成為電工技術(shù)領域的研究熱點。無線電能傳輸技術(shù)已經(jīng)在電動汽車充電、物流AGV 小車、軌道交通、水下供電等眾多場合獲得推廣應用。該項技術(shù)有望成為新時代的又一偉大發(fā)明。無線電能傳輸?shù)母邆鬏斝适菬o線電能傳輸研究的重中之重，而高效效率又與系統(tǒng)傳輸?shù)腝 值有關。Q 值取決于發(fā)射頻率與系統(tǒng)傳輸過程中線圈的諧振頻率，只有高Q值，WPT 系統(tǒng)的傳輸效率才會更高。基于此在文獻[3]的基礎上，在輸入端加一個具有自學習功能的延遲鎖相環(huán)（DLL）模塊對發(fā)射的信號頻率進行優(yōu)化，使發(fā)射信號的頻率和傳輸線圈的諧振頻率保持同步，達到高效率傳輸?shù)哪康摹?/p>

圖1：無線電能傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：WPT 傳輸效率隨發(fā)射頻率的變化曲線

1 無線電能傳輸系統(tǒng)傳輸效率的分析

自諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)主要由發(fā)射模塊、天線傳輸模塊、接收模塊三個部分組成，其主要目的是實現(xiàn)50Hz 交流電的無線傳輸。該系統(tǒng)以螺旋天線為媒介，經(jīng)過了交流到直流、直流到射頻、射頻到直流以及直流到交流的轉(zhuǎn)換過程，圖1為自諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的工作原理流程圖。

WPT傳輸模塊是基于磁耦合諧振的原理，采用兩個諧振頻率相同的螺旋天線進行電能傳輸，實現(xiàn)電能的傳輸。其傳輸?shù)男适馨l(fā)射頻率的影響，圖2是WPT 傳輸效率隨發(fā)射模塊的頻率的變化曲線。由圖2可知只有發(fā)射模塊的頻率與接收線圈的諧振頻率保持一致時，WPT 的傳輸效率才能達到最大。而且由圖可知頻率在9.2MHz-9.4MHz區(qū)間內(nèi)變化率很大，發(fā)射模塊的頻率稍有變化就會導致傳輸效率明顯下降，因此WPT 發(fā)射頻率的穩(wěn)定性至關重要。

2 機器學習DLL系統(tǒng)的設計思路

2.1 DLL電路的設計

DLL 電路主要有三種類型：模數(shù)混合型DLL、模擬型DLL、全數(shù)字DLL。為了設計需要，本文選用相對更優(yōu)越的混合型DLL。設計在文獻[4]的基礎上完成。該設計采用了兩條不同的且可以相互切換的壓控延遲線（Voltage Control Delay Line，VCDL），每條VCDL 都有8 個延遲單元組成。Ref-clk 為WPT 發(fā)射模塊輸入信號；CLK0、CLK8分別為緩沖輸出的時鐘基準信號和VCDL 輸出的時鐘信號；S0 為控制信號；upper、under 和lock 為機器學習模塊產(chǎn)生的控制信號；UP、NUP 以及DN、NDN 為驅(qū)動電荷泵的充放電信號。電路根據(jù)S0 的不同狀態(tài)選擇不同精度的VCDL，來適應發(fā)射模塊頻率的變化；同時在系統(tǒng)反饋回路中加入精簡的LC，來消除DLL 失鎖或者諧波鎖定。采用抑制失配和噪聲、降低時鐘抖動的電路設計，更好的滿足DLL 在WPT 中的應用。DLL 電路的整體架構(gòu)圖如圖3所示。

2.2 機器學習系統(tǒng)的構(gòu)建

圖3：DLL 電路的整體架構(gòu)圖

一個正常的系統(tǒng)通過多次運行，可能會產(chǎn)生錯誤的信息。隨著大規(guī)模集成電路發(fā)展的需要，電路自身需要具備一定的糾錯能力。雖然錯誤檢測可以使用多種技術(shù)來執(zhí)行，但狀態(tài)變量系統(tǒng)的錯誤校正是一個更加困難的問題。通常情況下，錯誤檢測出來是診斷，一旦診斷完成，誤差補償是通過錯誤反饋或根據(jù)系統(tǒng)反饋控制規(guī)律進行的。根據(jù)筆者的學習方向?qū)ι衔闹袌D3中提到的防錯鎖模塊進行優(yōu)化。在線性狀態(tài)變量中，校驗和錯誤對動態(tài)輸入激勵的瞬態(tài)響應包含了關于多參數(shù)擾動值的診斷信息，使得系統(tǒng)行為與正常的行為不同。從理論上講，即使單個校驗和的瞬態(tài)響應也可以用來揭示系統(tǒng)中多參數(shù)偏差的多參數(shù)診斷信息。該信息隨后可用于極大提高估計驅(qū)動多參數(shù)診斷算法的速度和精度，以及用于線性實時狀態(tài)變量系統(tǒng)的診斷驅(qū)動控制率校正算法。通過分類聚類的思想對可能產(chǎn)生錯誤的概率進行統(tǒng)計使得問題公式化。首先對于糾錯線性系統(tǒng)進行建模，然后通過模擬校驗和理論對模型進行處理，得到訓練方程。圖4給出了誤差修正流程圖。

3 總結(jié)與展望

通過上文中的糾錯，改錯系統(tǒng)，最終建立一個能夠通過查找錯誤，并且自動糾錯的DLL 電路。當WPT 的輸入端的頻率產(chǎn)生與傳輸諧振頻率不同步時，DLL 電路能夠輸入分析頻率不同步的原因，同時將數(shù)據(jù)庫更新。并且能夠快速鎖定到WPT 傳輸線圈的諧振頻率?？紤]到該DLL 電路具有自動學習的功能，當產(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)庫足夠大時，鎖定的準確率也會越來越大。相信該技術(shù)能夠加快WPT 的發(fā)展進程，更好更快的服務于人類社會。

圖4：誤差修正流程圖Research，2012，124：211-231.