油电混联动力立杆作业车的动力分配方法与流程

1.本发明属于电网施工的立杆作业车技术领域，具体涉及一种油电混联动力立杆作业车的动力分配方法。


背景技术：

2.立杆作业车，是电网施工过程中的新型设备，可以极大的提升电线杆的安装效率。立杆作业车的动力源仍是传统的燃油，存在油耗高、尾气排放大的缺点。随着油电混联动力技术的提出，其相比于燃料，可以大幅降低油耗及尾气排放，将其应用于立杆作业车可以大幅降低施工成本，并且满足节能环保的发展理念。
3.另一方面，立杆作业车上集成有多种工具，例如cn114687392公开了一种轮履式钻挖抓型多功能一体化装置及立杆作业方法，装置上需要供能的装置有轮履底盘、抓具、回转装置、钻臂和挖臂，在油电混联动力供能时，如何进行动力的分配以降低使用的能耗，是亟须解决的问题。
4.因此，实有必要提供一种油电混联动力立杆作业车及其动力分配方法，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，作业车采用油电混联提供动力，可以降低使用能耗并且节能环保，同时通过算法来执行动力的分配，可以实现动力的最优秀分配，可以进一步降低能耗。
6.为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，包括如下步骤：s1：采集油电混联动力立杆作业车的历史运行数据，计算在一个采集周期内，执行立杆作业时所述立杆作业车中各工具的使用程度；s2：以施工环境的相关度来表征施工作业的相关度，选定一个施工环境预设为基准施工环境，计算各施工环境与基准施工环境的相关系数；s3：计算在基准施工环境立杆作业时各工具的调用情况；s4：构建能耗特性模型，表示为：；式中，表示在第i类施工环境中执行第t次立杆作业所需要的能量；表示工具k的能耗系数；为油电混联动力立杆作业车在第i类施工环境下总的能耗系数；表示第次立杆作业中工具k的使用程度，第i类施工环境与基准施工环境的相关系数；
s5：构建油电混联动力立杆作业车的混动燃料经济特征模型，针对任意一次立杆作业，利用所述能耗特性模型计算完成该次作业所需要的能量；调整发动机的驱动时段和电动机驱动时段的取值形成多种方案，调用所述混动燃料经济特征模型计算不同方案下的最优动力驱动分配。
7.优选的，所述工具包括挖斗、抓手及钻杆。
8.优选的，第次立杆作业中工具k的使用程度通过下式计算得到：；式中，表示第次立杆作业时工具k的使用次数； k表示工具的总数；t表示一个采集周期内总的立杆次数，表示一个采集周期内使用工具k的立杆次数。
9.优选的，施工环境与基准施工环境的相关系数的计算过程为：；式中，代表在基准施工环境下的立杆作业次数，为一个采集周期内基准施工环境出现的平均值；代表在第i类施工环境下的立杆作业次数，为一个采集周期内第i类施工环境出现的平均值。
10.优选的，基准施工环境立杆作业时各工具的调用情况通过下式计算得到：；式中，表示基准施工环境中所有工具的调用程度、表示基准施工环境与所有施工环境e的关联程度；表示工具k在作业周期内的调用权重系数、表示基准环境中作业次数的平均值。
11.优选的，所述混动燃料经济特征模型表示为：；式中，表示第i类施工环境发动机驱动的时段，表示第i类施工环境电动机驱动的时段，为中的随机数，为随机取到0或１，、分别表示第i类施工环境发动机驱动时间的上限与下限。
12.优选的，所述发动机具有两个输出端，其中第一输出端与液压泵连接，第二输出端与发电机连接；发动机驱动的过程为：第一输出端通过所述液压泵将驱动力传导至各工具，
驱动各工具运动；电动机驱动的过程为：第二输出端驱动发电机发电，并将产生的电能存储至电池组内，再由所述电池组为电动机供电，电动机运动驱动各工具运动。
13.本发明提供了一种油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，以施工环境的相关度来表征施工作业的相关度，选定一个施工环境预设为基准施工环境，计算各施工环境与基准施工环境的相关系数；计算在基准施工环境中，执行立杆作业所需要的能量，然后通过各施工环境与基准施工环境的相关度可以得到在任意施工环境下的执行立杆作业所需要的能量，最后利用混动燃料经济特征模型，调整发动机的驱动时段和电动机驱动时段的取值形成多种方案，调用所述混动燃料经济特征模型计算不同方案下的最优动力驱动分配，借助于深度学习的方法实现了动力的合理分配，可以极大的降低使用的能耗，缩减使用成本。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.本发明提供一种油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，包括如下步骤：s1：采集立杆作业车的历史运行数据，计算在一个采集周期内，执行立杆作业时所述立杆作业车中各工具的使用情况，所述立杆作业车的供能方式为油电混合动力供能。
16.所述立杆作业车的工具包括挖斗、抓手及钻杆。其中，所述钻杆用于在安装地面上钻取电线杆的立杆坑；所述挖斗用于在立杆前转移钻凿过程产生的废土，并在立杆后重新将废土转移至立杆坑回填压紧以固定电线杆；所述抓手用于抓取并转移电线杆。
17.第次立杆作业中工具k的使用程度通过下式计算得到：；式中，表示第次立杆作业时工具k的使用次数； k表示工具的总数；t表示一个采集周期内总的立杆次数，表示一个采集周期内使用工具k的立杆次数。
18.工具使用程度的公式原理使用协同加权算法和关联规则，采用tf-idf的权重算法统计立杆作业中工具的使用偏好。使用偏好所产生的差异来源于各工具的功能冗余和重叠，如挖斗和钻杆，在土壤情况松软时，两个工具都能够执行钻洞工序。对立杆作业中的使用程度加权可以修正立杆周期内不规范工具使用情况，在每个工序内，放大该工序专用工具的权重，将重叠工具的权重降至最低，从而提高工具使用率精度。
19.建立基于驾驶员的工具使用程度偏好：；式中为驾驶员的工具使用程度偏好，代表第j个驾驶员，表示工具使用程度偏好关于驾驶员的函数，为驾驶员在第次立杆作业时工具k的使用程度，为第j
个驾驶员在第次立杆作业时工具k的使用程度，j为驾驶员总数。
20.s2：以施工环境的相关度来表征施工作业的相关度，选定一个施工环境预设为基准施工环境，计算任意施工环境与基准施工环境的相关系数。
21.施工环境与基准施工环境的相关系数的计算过程为：；式中，代表在基准施工环境下的立杆作业次数，为一个采集周期内基准施工环境出现的平均值；代表在第i类施工环境下的立杆作业次数，为一个采集周期内第i类施工环境出现的平均值。
22.在相同的施工环境中，施工作业所采用的工序相同，施工作业所需要的时间也相同，因此施工作业车会消耗相同的能量，因此设定基准施工环境，测算在基准施工环境中施工作业的能耗，然后计算任意施工环境与基准施工环境的相关系数，将基准施工环境中施工作业的能耗乘以该相关系数即可得到任意施工环境中进行施工作业的能耗。
23.各施工环境之间的相似度主要依据其与基准施工环境中各工序的偏差，并通过调整相似度权重缓解较大差异问题，在加权过程中使用环境平衡法对各项施工环境进行调整。将基于基准施工环境的驾驶员的工具使用程度偏好、工具使用程度与第i类施工环境中的驾驶员的工具使用程度偏好、工具使用程度对比，引入平衡因子建立偏好平衡方程：；式中，表示偏好平衡方程，表示基准施工环境中驾驶员的工具使用程度偏好，表示第i类施工环境中驾驶员的工具使用程度偏好，表示基准施工环境中工具使用程度，表示第i类施工环境中工具使用程度。
24.s3：计算在基准施工环境中，执行立杆作业时各工具的调用情况。
25.基准施工环境立杆作业时各工具的调用情况通过下式计算得到：；式中，表示基准施工环境中所有工具的调用程度、表示基准施工环境与所有施工环境e的关联程度；表示工具k在作业周期内的调用权重系数、表示基准环境中作业次数的平均值。
26.s4：构建能耗特性模型，表示为：；
式中，表示在第i类施工环境中执行第t次立杆作业所需要的能量；表示工具k的能耗系数；为油电混联动力立杆作业车在第i类施工环境下总的能耗系数；表示第次立杆作业中工具k的使用程度，第i类施工环境与基准施工环境的相关系数。
27.s5：构建所述立杆作业车的混动燃料经济特征模型，针对任意一次立杆作业，利用所述能耗特性模型计算完成该次作业所需要的能量；调整发动机的驱动时段和电动机驱动时段的取值形成多种方案，调用所述混动燃料经济特征模型计算不同方案下的最优动力驱动分配，所述混动燃料经济特征模型表示为：；式中，表示第i类施工环境发动机驱动的时段（假设柴油机输出功率稳定），表示第i类施工环境电动机驱动的时段，为中的随机数，为随机取到0或１，、分别表示第i类施工环境发动机驱动时间的上限与下限。
28.在解决混动燃料最优动力分配的寻优过程中，需进行差分进化迭代寻优，引入差分算子对父代种群中的进行交叉，产生的子代为。
29.；；式中，为互异的随机数，、、分别为第类施工环境时发动机驱动的时段，为取值在的变异算子，为最大迭代数，为当前迭代数。由上式可知，在寻优的过程中，引入的差分算子值不断减小，代表着寻优的范围不断缩小，有利于搜索到全局最优解。
30.以上寻优过程设定上限次数100次，既每次产生的子代结果对比父代燃料分配结果后，若无法满足设定的优化指标，将子代与父代进行交叉互换，再次生成新子代，重复对比结果过程，直至产生符合优化指标的输出或达到上限次数。
31.所述发动机具有两个输出端，其中第一输出端与液压泵连接，第二输出端与发电机连接；发动机驱动的过程为：第一输出端通过所述液压泵将驱动力传导至各工具，驱动各工具运动；电动机驱动的过程为：第二输出端驱动发电机发电，并将产生的电能存储至电池组内，再由所述电池组为电动机供电，电动机运动驱动各工具运动。
32.上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：采集油电混联动力立杆作业车的历史运行数据，计算在一个采集周期内，执行立杆作业时所述立杆作业车中各工具的使用程度;s2：以施工环境的相关度来表征施工作业的相关度，选定一个施工环境预设为基准施工环境，计算各施工环境与基准施工环境的相关系数；s3：计算在基准施工环境立杆作业时各工具的调用情况；s4：构建能耗特性模型，表示为：；式中，表示在第i类施工环境中执行第t次立杆作业所需要的能量；表示工具k的能耗系数；为油电混联动力立杆作业车在第i类施工环境下总的能耗系数；表示第次立杆作业中工具k的使用程度，第i类施工环境与基准施工环境的相关系数；s5：构建油电混联动力立杆作业车的混动燃料经济特征模型，针对任意一次立杆作业，利用所述能耗特性模型计算完成该次作业所需要的能量；调整发动机的驱动时段和电动机驱动时段的取值形成多种方案，调用所述混动燃料经济特征模型计算不同方案下的最优动力驱动分配。2.根据权利要求1所述的油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，其特征在于，所述工具包括挖斗、抓手及钻杆。3.根据权利要求1所述的油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，其特征在于，第次立杆作业中工具k的使用程度通过下式计算得到：；式中，表示第次立杆作业时工具k的使用次数； k表示工具的总数；t表示一个采集周期内总的立杆次数，表示一个采集周期内使用工具k的立杆次数。4.根据权利要求3所述的油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，其特征在于，施工环境与基准施工环境的相关系数的计算过程为：；式中，代表在基准施工环境下的立杆作业次数，为一个采集周期内基准施工环境出现的平均值；代表在第i类施工环境下的立杆作业次数，为一个采集周期内第i类施工环境出现的平均值。
5.根据权利要求4所述的油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，其特征在于，基准施工环境立杆作业时各工具的调用情况通过下式计算得到：；式中，表示基准施工环境中所有工具的调用程度、表示基准施工环境与所有施工环境e的关联程度；表示工具k在作业周期内的调用权重系数、表示基准环境中作业次数的平均值。6.根据权利要求1所述的油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，其特征在于，所述混动燃料经济特征模型表示为：；式中，表示第i类施工环境发动机驱动的时段，表示第i类施工环境电动机驱动的时段，为中的随机数，为随机取到0或1，、分别表示第i类施工环境发动机驱动时间的上限与下限。7.根据权利要求1所述的油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，其特征在于，所述发动机具有两个输出端，其中第一输出端与液压泵连接，第二输出端与发电机连接；发动机驱动的过程为：第一输出端通过所述液压泵将驱动力传导至各工具，驱动各工具运动；电动机驱动的过程为：第二输出端驱动发电机发电，并将产生的电能存储至电池组内，再由所述电池组为电动机供电，电动机运动驱动各工具运动。

技术总结
本发明属于电网施工的立杆作业车技术领域，公开了一种油电混联动力立杆作业车的动力分配方法，以施工环境的相关度来表征施工作业的相关度，选定一个施工环境预设为基准施工环境，计算各施工环境与基准施工环境的相关系数；计算在基准施工环境中，执行立杆作业所需要的能量，然后通过各施工环境与基准施工环境的相关度可以得到在任意施工环境下的执行立杆作业所需要的能量，最后利用混动燃料经济特征模型，调整发动机的驱动时段和电动机驱动时段的取值形成多种方案，调用所述混动燃料经济特征模型计算不同方案下的最优动力驱动分配，借助于深度学习的方法实现了动力的合理分配，可以极大的降低使用的能耗，缩减使用成本。缩减使用成本。


技术研发人员：潘建兵 邓志祥 范瑞祥 戴宏亮 姚远 郝钰 徐在德 安义 林生得 吴栋军 余杰 胡柳 周安 彭元庆 刘洋 郭亮 刘会荣
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 南昌科晨电力试验研究有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/7/6