Abstract

This paper derives a state-space model of wireless power transfer (WPT) systems to be used for the purpose of state estimation and controller design considering the internet of things (IoT) communication networks. After expressing the WPT systems into a state-space linear equation, the elements of IoT such as sensors are deployed to obtain the state information. Then, an innovative IoT based communication infrastructure is proposed for sensing, actuating and transmitting the information to the control center. In order to know the operating condition of the WPT systems, the Kalman filter based dynamic state estimation algorithm is proposed considering the IoT infrastructure. Afterwards, the optimal controller is designed to regulate the system states. Simulation results indicate that the proposed approaches can accurately estimate and stabilise the WPT states. Therefore, the developed frameworks are valuable in designing the IoT based smart control center for WPT systems.

نمونه ترجمه مقاله:

امروزه، سیستم های بیسیم انتقال قدرت (WPT) به دلیل اتصال گسترده تر، کارایی بالاتر، قابلیت حمل، انرژی ایمن تر و پاکیزه تر، حتی در زمان استفاده در محیط های ناسازگار توجهات بسیار زیادی را به خود جلب کرده اند [1] ، [2] ، [3] . به خاطر همین دلایل، سیستم های WPT به صورتی روز افزون در کاربرد های صنعتی متعدد از ایمپلنت های پزشکی تا شارژ دستگاه های الکتریک مورد استفاده قرار گرفته اند[4] . اساسا، تخمین حالت، فرایندی به منظور شناخت شرایط عملکرد سیستم است [5] , [6] . و به دنبال آن کنترولر ها نیاز به طراحی شدن برای عملیات مناسب و حفظ پایداری شبکه را دارند. برای نظارت حالت های سیستم WPT، اینترنت اشیا(IoT) زیر ساختی بالقوه است که قادر است اتصال گسترده تر، حس یابی/ راه اندازی پیشرفته، پردازش اطلاعات، و انعطاف پذیری بزرگتری را فراهم کند.  بنابراین، دستگاه های هوشمند تعبیه شده ی IoT  قادر هستند تا ارتباطی دو سویه را بین سیستم های WPT و مرکز کنترل ایجاد کنند.

الگوریتم های متعددی برای تخمین حالت سیستم WPT و تثبیت وجود داشته است. الگوریتم فیلترKalman توسعه یافته (EKF) برای تخمین حالت سیستم WPT در [10] پیشنهاد شده است. در این چارچوب، سیستم WPT به عنوان یک معادله ی غیر خطی فضای حالت توصیف می شود، به صورتی که EKF به منظور تخمین حالت های سیستم مورد استفاده قرار می گیرد. برای تثبیت حالت های سیستم WPT، رگولاتور درجه دوم خطی (LQR) پذیرفته شده است. سپس این ایده در [11] توسعه یافته است، به صورتی که KF بی معنی، مورد استفاده قرار گرفته و نشان می دهد که UKF در مقایسه با EKF عملکرد تخمین بهتری را فراهم می کند . متاسفانه، هیچ گونه زیر ساخت ارتباطی برای تخمین های حالت سیستم WPT طراحی نشده است. در واقعیت، زیر ساخت ارتباطی کلیدی برای انتقال اطلاعات همانند سیستم های WPT بوده و مرکز نظارتی عموما در فاصله ی دورتری قرار دارد. مسئله ی جالب توجه این است که با استفاده از تکنولوژی IoT، اطلاعات کیفیت هوا  از گره های سنسور به سمت مرکز پردازش اطلاعات از طریق شبکه های مختلف بیسیم/ سیمی در [12] انتقال می یابد. از سوی دیگر، انتشار های متعددی پیرامون مدل سازی و کنترل یک سیستم WPT وجود دارد که به صورت عمده مدل حالت ثابت را تحت پوشش قرار می دهد [13], [2], [3] . بعلاوه، کاربرد های زیر ساخت برای سیستم قدرت در [14] پیشنهاد شده است.  علاوه بر این،  کاربرد های بالقوه ی IoT برای شبکه های سنسور ها در [15] توضیح داده شده اند. با انگیزه ی ایجاد شده توسط شکاف های تحقیقی اشاره شده ی فوق در ارتباطات WPT و IoT، این مقاله به پیشنهاد یک KF مبتنی بر تخمین حالت سیستم WPT و کنترولر فیدبک بهینه می پردازد.  مشارکت این مقاله به در بخش های زیر صورت میگیرد: