高效能量传输连接器控制方法与流程

本发明属于连接器，具体涉及高效能量传输连接器控制方法。

背景技术：

1、随着科技的不断进步和社会的快速发展，能源传输技术逐渐成为一个备受关注的领域。这个领域的发展对于各种应用场景，如电动车充电、智能设备供电、医疗设备等，具有重要的意义。传统有线电力传输存在一定的限制，因此无线能源传输成为一种备受期待的技术。

2、传统有线电力传输方法在很多应用中都得到了广泛应用，但它们存在一些明显的局限性。有线电力传输需要设备与电源之间通过电缆或导线连接，这限制了设备的移动性和灵活性。对于需要移动或定位不稳定的设备，这种方式无法满足要求。有线电力传输需要大量的电缆布线，这不仅增加了成本，还使得电缆的管理和维护变得复杂。电缆可能会受到损坏或老化，需要定期更换和维修。在电缆中传输电能时，会发生一定的能量损耗，尤其是在长距离传输时。这会导致能源的浪费和能效低下。高电压的电缆可能存在安全隐患，例如电击危险。此外，有线电力传输也容易受到外部干扰，可能导致设备损坏或运行不稳定。有线电力传输需要事先规划和布线，这对于一些特殊环境或紧凑空间的应用来说是一个挑战。它可能限制了设备的设计和布局选择。

3、为了克服传统有线电力传输的局限性，无线能源传输技术逐渐崭露头角。这些技术利用无线电波、磁场或其他能源传输手段，将能量从源头传输到接收设备，消除了电缆的需求。以下是一些已经公开的现有无线能源传输技术：电磁感应是一种常见的无线能源传输方法，它利用电磁场的相互作用来传输能量。例如，感应充电器可以通过电磁感应将能量传输到电动车的电池中，从而实现无线充电。射频能源传输利用射频信号来传输能量。这种技术常用于无线充电、rfid技术以及无线传感器网络中。磁共振耦合技术利用磁场的共振现象来实现能量传输。这种方法可以实现远距离的无线充电，并在医疗设备、电动车充电站等领域得到广泛应用。

4、尽管现有的无线能源传输技术在一定程度上解决了传统有线电力传输的问题，但它们仍然存在一些问题和挑战：无线能源传输技术仍然存在能量损耗，尤其是在远距离传输时。提高能量传输的效率仍然是一个挑战。不同设备和应用需要不同频率的能量传输。有效地匹配传输频率和接收设备是一个复杂的问题。环境因素如温度、外部干扰强度等可能影响能量传输的效率和稳定性。需要更智能的方法来适应不同的环境条件。对于移动设备，如无人机或移动机器人，能量传输需要具备动态性和移动性。现有技术在这方面仍有改进的空间。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供高效能量传输连接器控制方法，通过智能化的参数控制和动态调整，提高了无线能源传输的效率、频率匹配精度、环境适应性，并支持动态和移动设备，从而降低了能源浪费，为能源传输领域带来显著的有益效果。

2、为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

3、高效能量传输连接器控制方法，所述方法包括：

4、步骤1：初始化控制参数；所述控制参数包括：连接器总数、每个连接器上可供选择的不同功率级别的数量、动作值、能量传输回报、频率匹配参数、状态、动作值函数和克里洛夫子空间的大小；

5、步骤2：根据连接器的状态、频率匹配参数、连接器的动作值函数和能量传输回报来选择每个连接器向设备传输能量的动作值；动作值表示选择每个连接器的功率级别；

6、步骤3：根据选择的动作值，更新连接器的频率匹配参数，以确保能量传输在谐振频率上最大化；

7、步骤4：在能量传输过程中，自适应调整传输功率，确保能量传输在谐振频率附近，按照自适应调整后的传输功率，传输到设备，并更新能量传输回报；

8、步骤5：使用更新后的能量传输回报和选择的动作值，更新动作值函数；通过递归地更新克里洛夫子空间来建模能量传输的频率响应，以便更好地匹配能量源和设备之间的频率。

9、进一步的，设连接器总数为n；对于第i个连接器，可供选择的不同功率级别的数量为mt,i、动作值为at,i、能量传输回报为rt,i、频率匹配参数为θt,i、状态为ut,i、动作值函数为qt,i和克里洛夫子空间的大小为kt,i；其中，t表示时刻；动作值函数为qt,i在初始时刻，即时刻为0时的取值为0；所述状态ut,i为一个向量，其中每个元素表示一个环境参数。

10、进一步的，环境参数包括：连接器负载、温度、设备类型、外部干扰强度和外部干扰频率；将环境参数进行归一化处理后，作为状态ut,i中的一个元素。

11、进一步的，步骤2中，通过改进的多臂老虎机算法，根据连接器的状态和连接器的动作值函数来选择每个连接器向设备传输能量的动作值，公式如下：

12、

13、其中，f(θt,i,at-1,i)为以θt,i和at-1,i为参数的关系函数；at-1,i为上一时刻的动作值；σ(ut,i)为(ut,i)中元素的标准差。

14、进一步的，关系函数f(θt,i,at-1,i)使用如下公式进行表示：

15、

16、进一步的，步骤3中根据选择的动作值，使用如下公式，更新连接器的频率匹配参数：

17、

18、其中，θt,i为更新的连接器的频率匹配参数；θt-1,i为上一时刻的第i个连接器的频率匹配参数；为平均动作值。

19、进一步的，步骤4中，使用如下公式，自适应调整传输功率：

20、

21、其中，pmax为连接器的最大功率；pt,i为自适应调整后的传输功率。

22、进一步的，更新后的能量传输回报使用如下公式进行表示：

23、

24、其中，ηi为第i个连接器的能量传输效率；连接状态指示函数δi表示连接器i是否成功连接到设备，如果连接成功，δi为1，否则为0；di是连接器i与设备之间的距离。

25、进一步的，步骤5中，通过如下公式，使用更新后的能量传输回报和选择的动作值，更新动作值函数：

26、

27、其中，qt+1,i为更新后的动作值函数；为动作值函数的梯度；rt,k表示t时刻第k个连接器的能量传输回报；qt,k表示t时刻第k个连接器的动作值函数。

28、进一步的，步骤5中，递归地更新克里洛夫子空间来建模能量传输的频率响应的方法包括：设vt,i是t时刻的第i个连接器的克里洛夫子空间的向量集合，vt,i＝[θ1,i,θ2,i,…,θt-1,i]；ht,i为对应的赫森伯格矩阵，ht,i＝[hm,n]；hm,n表示赫森伯格矩阵；hm,n表示赫森伯格矩阵第m行，第n列的元素；使用阿诺尔迪迭代方法来更新克里洛夫子空间；在每个迭代步骤x，执行以下步骤：使用如下公式，计算新的克里洛夫子空间的向量集合中的元素：

29、

30、其中，a为第i个连接器的频率响应矩阵；使用如下公式，规范化向量元素：

31、

32、使用如下公式，更新赫森伯格矩阵的元素hx+1,x和hx,x+1：

33、

34、使用如下公式，更新赫森伯格矩阵的其余元素：

35、

36、计算克里洛夫子空间的特征值分解：在克里洛夫子空间的维度达到设定的大小后，计算赫森伯格矩阵ht,hi的特征值和特征向量；若赫森伯格矩阵ht,hi的特征值超过设定的第一阈值，且特征向量的维度小于设定的第二阈值，则将此时的克里洛夫子空间的向量集合中的元素的均值作为能量传输的频率响应。

37、本发明的高效能量传输连接器控制方法，具有以下有益效果：本发明通过智能化的控制参数初始化和功率级别选择，显著提高了能量传输的效率。传统有线电力传输存在一定的能量损耗，而现有的无线能源传输技术也未能完全解决这个问题。通过动态选择每个连接器的功率级别，本发明能够在能量传输过程中实现最大化的效率。这意味着更多的能源被传输到目标设备，减少了能源的浪费。特别是在远距离传输和高功率传输的情况下，本发明的效率提升尤为明显，这对于电动车充电、工业设备供电等领域具有重要意义。频率匹配是无线能源传输中的关键问题之一。不同的设备和应用需要不同频率的能量传输。本发明通过控制参数中的频率匹配参数和动作值函数，能够智能地选择每个连接器的频率以最大化能量传输的效果。这意味着能量源和接收设备之间的频率匹配更加精确，减少了信号的干扰和能量损耗。这对于提高能量传输的稳定性和可靠性至关重要，特别是在复杂的电磁环境中。能源传输的效率和稳定性受到环境条件的影响，如温度、外部干扰强度等。本发明通过将环境参数进行归一化处理并纳入状态参数中，能够更好地适应不同环境条件。通过实时监测和调整连接器的频率匹配参数和传输功率，本发明能够在不同的环境下保持能量传输的稳定性和效率。这对于户外应用、恶劣环境下的能量传输以及工业领域的需求具有重要价值。对于动态和移动设备，如无人机、移动机器人等，能量传输需要具备动态性和移动性。本发明通过自适应调整传输功率和频率匹配参数，能够满足这些设备的需求。当设备移动或位置发生变化时，本发明能够实时调整能量传输参数，确保能量传输不中断且高效。这对于自动化系统、移动机器人、智能交通等领域具有重要应用前景。