5 Minuten
Mašinų mokymu paremtas dizainas stabilizuoja belaidį energijos perdavimą
Japonijos mokslininkai pristatė mašinų mokymu paremtą metodą, skirtą projektuoti belaidžio energijos perdavimo (WPT) sistemas, kuris išlaiko išėjimo įtampą stabilią net keičiantis elektros apkrovai. 2025 m. birželį žurnale IEEE Transactions on Circuits and Systems publikuotas tyrimas aprašo projektavimo procesą, vedantį prie apkrovai nepriklausančių (LI) WPT sistemų — aparatūros, kuri išlaiko aukštą perdavimo efektyvumą ir minimalius įtampos svyravimus nepriklausomai nuo maitinamo įrenginio. Šis pasiekimas sprendžia pagrindinį dabartinių belaidžių krovimo ir rezonansinių galios sistemų trūkumą ir gali paspartinti plačiau naudojimąsi vartotojų elektronikoje, medicinos jutikliuose, elektromobiliuose ir pramonės taikymuose.
Mokslinis pagrindas: rezonansas, apkrovos ir kodėl stabilumas svarbus
Kaip veikia rezonansinis belaidis energijos perdavimas
WPT sistemos paprastai naudoja rezonansinį induktyvų sujungimą: siųstuvai kaitalioja energiją tarp kondensatoriaus ir induktoriaus, kad sukurtų elektromagnetinį lauką tiksliniu dažniu. Imtuvas, sukonfigūruotas tam pačiam dažniui, rezonuoja su tuo lauku, leidžiant efektyviai fiksuoti energiją. Principas panašus į radijo ar televizijos priėmimą, kai atrenkamas ir sustiprinamas tam tikras transliacijos dažnis.
Problema: priklausomybė nuo apkrovos
Dauguma praktinių WPT sistemų yra priklausomos nuo apkrovos: jų charakteristikos — tiekiama įtampa ir perdavimo efektyvumas — keičiasi, kai keičiasi imtuvo elektros parametrai. Pavyzdžiui, baterijos įkrovos metu vidinė varža kinta, o tai gali sukelti įtampos svyravimus apkrovai priklausančioje WPT sistemoje. Didelės automobilinės baterijos ar kintamos medicininės implantuojamos sistemos gali sukelti dar didesnius apkrovos pokyčius. Įtampos svyravimai rizikuoja pažeisti įrenginius, sulėtinti įkrovimą ir sumažinti energijos efektyvumą.
Mašinų mokymosi taikymas grandinių ir sistemų projektavimui
Naujas metodas sukuria virtualų WPT sistemos modelį ir naudoja dirbtinį intelektą kartotinėms simuliacijoms vykdyti. DI vertina našumo metrikas, tokias kaip energijos nuostoliai šiluma, išėjimo bangos formos stabilumas ir bendras perdavimo efektyvumas. Iteratyvios bandymų ir klaidų optimizacijos metu algoritmas nustato komponentų reikšmes, valdymo parametrus ir veikimo sąlygas, kurios minimalizuoja įtampos svyravimus ir energijos nuostolius, tuo pačiu maksimalizuodamos efektyvumą.
Remiantis straipsniu, ML-optimizuota LI sistema sumažino įtampos svyravimus iki maždaug 5% palyginti su 18% panašių apkrovai priklausančių konstrukcijų. Perdavimo efektyvumas pakilo iki 86,7% optimizuotoje konfigūracijoje, palyginti su sistemomis, kurių efektyvumas gali nukristi iki maždaug 65% esant kintamai apkrovai.
Pagrindiniai atradimai ir praktinės pasekmės
Pagrindinis atradimas yra tas, kad automatizuota, duomenimis grįsta optimizacija gali sukurti WPT aparatūrą ir valdymo strategijas, kurios iš esmės mažiau jautrios apkrovos pokyčiams. Pagrindinis autorius Hiroo Sekiya iš Chiba University Graduate School of Advanced Integration Science pabrėžė praktinius tikslus: 'Esame įsitikinę, kad šio tyrimo rezultatai yra svarbus žingsnis link visiškai belaidės visuomenės. Be to, dėl LI veikimo WPT sistema gali būti konstruojama paprastai, taip sumažinant kainą ir dydį. Mūsų tikslas — kad WPT taptų įprastine per artimiausius 5–10 metų.'
Apkrovai nepriklausomas WPT gali supaprastinti belaidžių įkrovimo stočių dizainą, sumažinti sudėtingo aktyvaus reguliavimo poreikį imtuvuose ir padaryti belaidį energijos tiekimą patikimesnį kritinėms taikomosioms sritims, tokioms kaip implantuojami medicinos prietaisai ir elektromobilių įkrovimas, kur apkrovos labai skiriasi.
Susijusios technologijos ir DI vaidmuo galios elektronikoje
Šis darbas iliustruoja platesnę tendenciją: mašinų mokymosi taikymą grandinių ir galios elektronikos sistemų optimizavimui. DI varoma grandinių sintezė ir parametrų derinimas gali sutrumpinti projektavimo laiką, atrasti neintuityvius sprendimus ir pajudinti sritį link automatizuoto grandinių projektavimo. Integracija su adaptuojamu valdymu, skaitmeniniais dvyniais ir realaus laiko jutikliais gali dar labiau pagerinti našumą ir saugumą diegiant WPT tinklus.
Ekspertų įžvalga
Dr. Maya Patel, įsivaizduojama galios elektronikų sistemų inžinierė, kuri dirbo kosminių laivų energijos posistemiuose, komentuoja: 'Pasiekti apkrovai nepriklausomybę rezonansiniame belaidžiame energijos perdavime yra reikšmingas laimėjimas. Tiek kosmoso, tiek žemės taikymams, kuo mažiau prielaidų projektantai turi daryti apie apkrovą, tuo labiau patvari ir lanksti tampa sistema. Mašinų mokymosi optimizacija gali atrasti veikimo taškus ir valdymo dėsnius, kurių žmogaus dizaineriai gali nepastebėti — tai esminė sąlyga, kai reikalingas tiek efektyvumas, tiek patikimumas.''
Ateities perspektyvos ir iššūkiai
Prieš nei LI WPT taps plačiai paplitusi, lieka keli techniniai ir reguliavimo klausimai. Metodo mastelio keitimas ilgesniems atstumams ir didesnėms galios reikšmėms — pavyzdžiui, automobilių ar dronų įkrovimui — kelia šilumos valdymo ir elektromagnetinio suderinamumo iššūkius. Žmonių poveikiui elektromagnetiniams laukams taikomi saugos apribojimai, standartai tarpsiųsiams tarp siųstuvų ir imtuvų bei gamybos sąnaudų mažinimas taip pat darys įtaką priėmimui. Nepaisant to, pranešti efektyvumo padidėjimai ir sumažėję įtampos svyravimai rodo, kad DI varomas projektavimas gali padaryti belaidį krovimą saugesnį, mažesnį ir ekonomiškesnį.
Išvados
Japonų mokslininkų sukurta mašinų mokymosi metodika sukuria apkrovai nepriklausomas belaidžio energijos perdavimo sistemas, kurios žymiai sumažina įtampos svyravimus ir padidina perdavimo efektyvumą. Sujungus rezonansinio perdavimo principus su DI varoma optimizacija, darbas rodo kelią link patvaresnio, kompaktiškesnio ir prieinamesnio belaidžio krovimo vartotojų elektronikai, elektromobiliams ir medicinos prietaisams. Kai DI palaikomas grandinių projektavimas bręs, automatizuoti įrankiai gali pagreitinti pereinimą prie labiau bevielio ir efektyvaus energijos ekosistemos, apimančios belaidis energijos perdavimas ir resonansinis induktyvus perdavimas.
Quelle: livescience
Kommentare