用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法与流程

本发明涉及燃料电池驱动的野外线路巡检机器人合理功率分流及延长续航里程领域，尤其涉及一种用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法。

背景技术：

线路巡检机器人广泛应用于高压电网的故障检测、排除，用电数据读取等场合，有减少人工劳动，提高生产环境的安全指数等较多优点，并逐渐成为未来电网巡检工作的主要手段之一。采用燃料电池和大电容并联供电的野外线路巡检机器人具有续航里程长、输出功率高等特点，其中燃料电池在线路巡检机器人中负责长时间稳定的电流输出，大电容负责上坡、加速度运动等高频瞬态功率输出场景。传统的线路巡检机器人大部分采用铅酸电池等作为能量源，根据铅酸电池的输出特性曲线进行剩余电量估算。由于野外巡检机器人在上坡、停止、加减速运动过程中会频繁启动、停止电机工作状态，因此会给铅酸电池的使用寿命带来较大的影响，且铅酸电池储存电量较少，无法满足长时间野外线路巡检工作中对于移动机器人续航的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法，旨在解决传统的巡检机器人续航里程的功率分配方法无法满足移动机器人续航要求的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法，包括：

采用双电源混合的并联式线路拓扑结构作为野外巡检移动机器人的供电装置，其中双电源分别采用燃料电池和超级电容；

采用含有高斯函数的小波变换方法对功率需求信号进行分析；

采用二阶高斯小波分解和重构野外线路巡检机器人功率需求信号；

对经过低通滤波器的平稳功率需求信号的正值部分作为野外巡检移动机器人的功率输出信号，将暂态高频功率需求信号以及平稳功率需求信号的负值部分分配给超级电容进行充放电。

在一实施方式中，采用含有高斯函数的小波变换方法对功率需求信号进行分析，具体包括：

将连续时间信号转换为频率信号；

采用傅里叶分析方法对高斯函数二阶导小波函数转换到频域。

在一实施方式中，采用二阶高斯小波分解和重构野外线路巡检机器人功率需求信号，具体包括：

采用高通滤波器对野外线路巡检机器人功率需求信号进行分解；

采用重构滤波器对野外线路巡检机器人功率需求信号进行重构。

在一实施方式中，所述高通滤波器hz的表达式为：

其中，z为离散变量，m为常数。

在一实施方式中，所述重构滤波器gz的表达式为：

gz＝(h^-1z^-m+1…z^-1)^t；

其中，z为离散变量，m为常数，t为转置矩阵。

在一实施方式中，所述低通滤波器h0的表达式为：

其中，z为离散变量，m为常数。

本发明的一种用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法，通过采用燃料电池和大电容作为并联混合供电装置的野外线路巡检机器人功率分配方法，采用燃料电池作为主能量供给方式为移动机器人供电，配置大电容作为瞬态功率输出装置对移动机器人的高频功率进行补偿，采用含有小波变换的功率信号分析方法将移动机器人的功率需求进行合理分流，从而达到保护移动机器人电气装置，延长使用寿命和野外续航里程的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法的流程示意图；

图2是本发明的野外线路巡检移动机器人供电装置拓扑图；

图3是巡检机器人功率需求信号的分解与重构步骤。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法的流程示意图。具体的，所述用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法可以包括以下步骤：

s101、采用双电源混合的并联式线路拓扑结构作为野外巡检移动机器人的供电装置；

在本发明实施例中，传统的线路巡检机器人大部分采用铅酸电池等作为能量源，根据铅酸电池的输出特性曲线进行剩余电量估算。由于铅酸电池对环境影响较大，能量密度低，输出特性曲线非线性等特点，不能较好地满足特定场景的功率响应需求。而本发明采用双电源并联式线路拓扑结构，其中双电源分别采用燃料电池和超级电容，无污染。由于燃料电池不能作为充电装置，故由超级电容负责浪涌放电，燃料电池作为超级电容的能量补给和提供长时间平稳功率输出，请参阅图2，图2是本发明的野外线路巡检移动机器人供电装置拓扑图。

s102、采用含有高斯函数的小波变换方法对功率需求信号进行分析；

在本发明实施例中，首先将连续时间信号转换为频率信号；以便分析野外线路巡航机器人功率需求信号的成分并提取其局部特征。含有高斯函数二阶导小波的表达式如下所示：

其中为小波函数，t为时间，e为常数。

采用傅里叶分析方法对高斯函数二阶导小波函数转换到频域，其表达式为：

其中，为傅里叶变换函数，ω为频率变量。

小波变换(wavelettransform，wt)是一种新的变换分析方法，它继承和发展了短时傅立叶变换局部化的思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点，能够提供一个随频率改变的“时间-频率”窗口，是进行信号时频分析和处理的理想工具。它的主要特点是通过变换能够充分突出问题某些方面的特征，能对时间(空间)频率的局部化分析，通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节。傅里叶分析是研究如何将一个函数或者信号表达为基本波形的叠加。

s103、采用二阶高斯小波分解和重构野外线路巡检机器人功率需求信号；

在本发明实施例中，其中将二次采样和上采样分别用于实现分解和重构过程，其中，hz，h0分别代表高通和低通滤波器信号，两者分别具有较高、较低的时间分辨率和较高、较低的频率分辨率，请参阅图3，图3是巡检机器人功率需求信号的分解与重构步骤。采用高通滤波器对野外线路巡检机器人功率需求信号进行分解；采用重构滤波器对野外线路巡检机器人功率需求信号进行重构。所述高通滤波器hz的表达式为：

其中，z为离散变量，m为常数。

所述重构滤波器gz的表达式为：

gz＝(h^-1z^-m+1…z^-1)^t；

其中，z为离散变量，m为常数，t为转置矩阵。

高通滤波器允许高于某一截频的频率通过，而大大衰减较低频率的一种滤波器。它去掉了信号中不必要的低频成分或者说去掉了低频干扰。

s104、对经过低通滤波器的平稳功率需求信号的正值部分作为野外巡检移动机器人的功率输出信号，将暂态高频功率需求信号以及平稳功率需求信号的负值部分分配给超级电容进行充放电。

在本发明实施例中，所述低通滤波器h0的表达式为：

其中，z为离散变量，m为常数。

平稳功率需求信号为x，暂态高频功率需求信号为x′；其功率分配表达式的一般形式为：

pf＝x

其中，pf为燃料电池功率输出，pu为大电容即超级电容的功率输出和输入，为平稳功率需求信号中的负值部分。

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

将采用高斯函数的小波分析方法得到的平稳功率需求信号用于燃料电池的输出，同时，将暂态高频功率需求信号分配给大电容以满足野外线路巡航机器人的快速功率需求，这种分配方法更加适合含有混合供电装置的移动机器人电气特性，有利于充分利用蓄能装置的能量供给特性，并较大地延长野外线路巡检机器人的续航里程。

本发明的一种用于延长野外线路巡检机器人续航里程的功率分配方法，通过采用燃料电池和大电容作为并联混合供电装置的野外线路巡检机器人功率分配方法，采用燃料电池作为主能量供给方式为移动机器人供电，配置大电容作为瞬态功率输出装置对移动机器人的高频功率进行补偿，采用含有小波变换的功率信号分析方法将移动机器人的功率需求进行合理分流，从而达到保护移动机器人电气装置，延长使用寿命和野外续航里程的目的。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。