无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法技术方案

本发明专利技术涉及多峰函数极值搜索技术领域，特别是一种无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法，首先通过判断个体适应度的增减性将解空间分为有峰小生境和可能有峰的候补小生境；接着运用人工蜂群算法在每个有峰小生境中搜索最优值，同时更新有峰小生境和候补小生境的边界；然后在候补小生境中搜索是否存在有峰小生境并更新；循环直至满足停止条件，搜索到多峰函数的全部极值。该方法搜索精度高，且受种群数目影响小，无需设置额外的参数，易于实施，能够找到所有的峰值点。

Searching Method of Multi-peak Extremum in FM Control of Radio Power Transmission System

The invention relates to the field of multi-peak function extremum search technology, in particular to a multi-peak extremum search method in frequency modulation control of radio power transmission system. Firstly, the solution space is divided into peak niche and potential peak alternate niche by judging the increase or decrease of individual fitness; secondly, the artificial bee colony algorithm is used to search the optimal value in each peak niche and update the peak size at the same time. The boundary between the habitat and the candidate niche is searched for the existence and renewal of the peak niche in the candidate niche, and all the extremums of the multi-peak function are searched until the stop condition is satisfied. This method has high search accuracy and is less affected by the number of population. It does not need to set additional parameters and is easy to implement. It can find all the peak points.

【技术实现步骤摘要】
无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法
本专利技术涉及多峰函数极值搜索
，特别是一种无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法。
技术介绍
无线电能传输系统中，输出到负载的功率P(k,f)是耦合系数k和工作频率f的函数。由于耦合系数k的数值可以通过测量相关物理量计算出，因此当线圈位置固定时，系统输出功率变为工作频率f的函数P(f)。当传输距离减小到一定程度，即耦合系数k增大到一定值时，系统处于过耦合状态。此时输出到负载的功率P(f)会发生频率分裂现象，即在谐振频率f0处输出的功率P(f0)迅速下降，而在谐振频率的两侧存在若干个使得输出功率极大的共振频率。由于存在频率分裂现象，无线电能传输系统若一直工作在谐振频率f0下会使得系统在过耦合时处于非谐振状态，输出到负载的功率P(f0)变小，无法满足负载对输出功率的要求。所以需要根据传输距离即耦合系数k的变化对系统的共振频率f0进行实时的跟踪控制。由于系统输出到负载的功率P(f)是关于频率f的多峰函数，因此需要一种能够快速精确搜索多峰函数全部极值的方法，搜索到使得输出功率P(f)较大的全部频率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法，该方法搜索精度高，且受种群数目影响小，无需设置额外的参数，易于实施，能够找到所有的峰值点。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法，首先通过判断个体适应度的增减性将解空间分为有峰小生境和可能有峰的候补小生境；接着运用人工蜂群算法在每个有峰小生境中搜索最优值，同时更新有峰小生境和候补小生境的边界；然后在候补小生境中搜索是否存在有峰小生境并更新；循环直至满足停止条件，搜索到多峰函数的全部极值。进一步地，该方法具体包括以下步骤：步骤(1)根据无线电能传输系统电路结构获得系统输出功率关于频率的多峰函数P(f)；步骤(2)在下边界为LB和上边界为UB的解空间中初始化种群，计算个体适应度的增减性；根据个体适应度的增减性确定有峰小生境Pn，所有的Pn组成有峰小生境集P，其中n＝1,2,…,peaknum，peaknum为有峰小生境集P中有峰小生境的个数；重新初始化每个有峰小生境Pn中的个体；步骤(3)在每个有峰小生境Pn中采用人工蜂群算法搜索局部极值，并记录在GlobalMax中；步骤(4)计算每个有峰小生境Pn中个体适应度的增减性，更新有峰小生境集P；步骤(5)根据有峰小生境集P确定候补小生境集C，并重新初始化每个候补小生境Cm中的个体；步骤(6)在每个候补小生境Cm中采用人工蜂群算法搜索局部极值，根据每个候补小生境Cm中个体适应度的增减性，更新有峰小生境集P；步骤(7)返回步骤(3)循环直至满足停止条件，搜索得到所述多峰函数的全部极值，并记录在GlobalMax中。进一步地，所述步骤(2)中，有峰小生境Pn是指目前已搜索到1个峰，但其中可能存在＞1个峰的小生境；所述根据个体适应度的增减性确定有峰小生境Pn，包括以下步骤：步骤(2.1)计算个体适应度的增减性：将初始化的SN个个体fi按照从小到大的顺序排序，i＝1,2,…,SN，并计算每个个体适应度的增减性；其中个体fi的适应度为P(fi)，其增减性是指，若P(fi+Δf)>P(fi)，称fi的增减性为增，记作upi＝1；若P(fi+Δf)<P(fi)，称fi的增减性为减，记作upi＝0；其中，Δf为fi的增量；步骤(2.2)确定有峰小生境的上下边界个体：当两个相邻的个体fi和fi+1适应度的增减性满足upi＝1且upi+1＝0时，将fi作为1个有峰小生境Pn的下边界个体，fi+1作为上边界个体；步骤(2.3)初始化有峰小生境个体：在下边界为fi和上边界为fi+1的有峰小生境中随机初始化所有个体。进一步地，所述步骤(4)中，更新有峰小生境集P，包括以下步骤：步骤(4.1)采用步骤(2.1)-(2.2)的方法在有峰小生境Pn中计算每个个体适应度的增减性，并确定各个有峰小生境Pnj的上下边界个体；Pnj为有峰小生境Pn中的第j个有峰小生境，其中j＝1,2,…,t，t为Pn中峰的个数，当t＝1时，有峰小生境Pn中存在1个峰，当t＞1时，有峰小生境Pn中存在＞1个峰；步骤(4.2)根据步骤(4.1)中确定的各个有峰小生境Pnj的上下边界个体，采用步骤(2.3)的方法更新Pn中的个体；步骤(4.3)当j＝1时，用有峰小生境Pn1代替原来的有峰小生境Pn；当j≠1时，将有峰小生境Pnj作为有峰小生境集P中第peaknum+j-1个有峰小生境；步骤(4.4)更新有峰小生境集P中有峰小生境的个数peaknum，即令peaknum＝peaknum+t-1。进一步地，所述步骤(5)中，候补小生境Cm是指目前没有搜索到峰，但其中可能存在≥1个峰的小生境，所有的Cm组成候补小生境集C；有峰小生境Pn的下边界为Plbn，上边界为Pubn，候补小生境Cm的下边界为Clbm，上边界为Cubm；所述根据有峰小生境集P确定候补小生境集C，并重新初始化每个候补小生境Cm中的个体，包括以下步骤：步骤(5.1)将所有有峰小生境Pn按照从小到大的顺序排序；步骤(5.2)第1个候补小生境C1的下边界Clb1等于解空间的下边界LB，上边界Cub1等于第1个有峰小生境P1的下边界Plb1；步骤(5.3)当m＝2,3,…,peaknum时，第m个候补小生境Cm的下边界Clbm等于第m-1个有峰小生境Pm-1的上边界Pubm-1，上边界Cubm等于Pm的下边界Plbm；步骤(5.4)当m＝peaknum+1时，第peaknum+1个候补小生境Cpeaknum+1的下边界Clbpeaknum+1等于第peaknum个有峰小生境Ppeaknum的上边界Pubpeaknum，上边界Cubpeaknum+1等于解空间的上边界UB；步骤(5.5)设置候补小生境集C中候补小生境的个数为candnum；判断第m个候补小生境Cm的范围，即crange＝Cubm-Clbm；当crang≠0时，在下边界为Clbm和上边界为Cubm的候补小生境Cm中随机初始化所有个体；当Crang＝0时，说明该候补小生境为空，则更新候补小生境集C中候补小生境的个数candnum，即令candnum＝candnum-1。进一步地，所述的步骤(6)中，根据每个候补小生境Cm中个体适应度的增减性，更新有峰小生境集P，包括以下步骤：步骤(6.1)在候补小生境Cm中计算每个个体适应度的增减性，当两个相邻的个体fi和fi+1适应度的增减性满足upi＝1且upi+1＝0时，将fi作为1个有峰小生境Cmk的下边界个体，fi+1作为上边界个体，Cmk为候补小生境Cm中的第k个有峰小生境，其中k＝1,2,…,s；s为Cm中峰的个数；步骤(6.2)将Cmk作为有峰小生境集P中的第peaknum+k个有峰小生境Ppeaknum+k，并更新有峰小生境集P中有峰小生境的个数peaknum，即令peaknum＝peaknum+s。相较于现有技术，本专利技术的有益效果是解决了无线电能传输系统调频控制问题中搜索到输出功率全部极大值的问题，实现了一种更加便利和有效的搜索多峰函数全部极值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法，其特征在于，首先通过判断个体适应度的增减性将解空间分为有峰小生境和可能有峰的候补小生境；接着运用人工蜂群算法在每个有峰小生境中搜索最优值，同时更新有峰小生境和候补小生境的边界；然后在候补小生境中搜索是否存在有峰小生境并更新；循环直至满足停止条件，搜索到多峰函数的全部极值。

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法，其特征在于，首先通过判断个体适应度的增减性将解空间分为有峰小生境和可能有峰的候补小生境；接着运用人工蜂群算法在每个有峰小生境中搜索最优值，同时更新有峰小生境和候补小生境的边界；然后在候补小生境中搜索是否存在有峰小生境并更新；循环直至满足停止条件，搜索到多峰函数的全部极值。2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)根据无线电能传输系统电路结构获得系统输出功率关于频率的多峰函数P(f)；步骤(2)在下边界为LB和上边界为UB的解空间中初始化种群，计算个体适应度的增减性；根据个体适应度的增减性确定有峰小生境Pn，所有的Pn组成有峰小生境集P，其中n＝1,2,…,peaknum，peaknum为有峰小生境集P中有峰小生境的个数；重新初始化每个有峰小生境Pn中的个体；步骤(3)在每个有峰小生境Pn中采用人工蜂群算法搜索局部极值，并记录在GlobalMax中；步骤(4)计算每个有峰小生境Pn中个体适应度的增减性，更新有峰小生境集P；步骤(5)根据有峰小生境集P确定候补小生境集C，并重新初始化每个候补小生境Cm中的个体；步骤(6)在每个候补小生境Cm中采用人工蜂群算法搜索局部极值，根据每个候补小生境Cm中个体适应度的增减性，更新有峰小生境集P；步骤(7)返回步骤(3)循环直至满足停止条件，搜索得到所述多峰函数的全部极值，并记录在GlobalMax中。3.根据权利要求2所述的无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法，其特征在于，所述步骤(2)中，有峰小生境Pn是指目前已搜索到1个峰，但其中可能存在＞1个峰的小生境；所述根据个体适应度的增减性确定有峰小生境Pn，包括以下步骤：步骤(2.1)计算个体适应度的增减性：将初始化的SN个个体fi按照从小到大的顺序排序，i＝1,2,…,SN，并计算每个个体适应度的增减性；其中个体fi的适应度为P(fi)，其增减性是指，若P(fi+Δf)>P(fi)，称fi的增减性为增，记作upi＝1；若P(fi+Δf)<P(fi)，称fi的增减性为减，记作upi＝0；其中，Δf为fi的增量；步骤(2.2)确定有峰小生境的上下边界个体：当两个相邻的个体fi和fi+1适应度的增减性满足upi＝1且upi+1＝0时，将fi作为1个有峰小生境Pn的下边界个体，fi+1作为上边界个体；步骤(2.3)初始化有峰小生境个体：在下边界为fi和上边界为fi+1的有峰小生境中随机初始化所有个体。4.根据权利要求3所述的无线电能传输系统调频控制中多峰极值的搜索方法，其特征在于，所述步骤(4)中，更新有峰小生境集P，包括以下步骤：步骤(4.1)采用步骤(2.1)-(2.2)的方法在有峰小生境Pn中计算每个个体适应度的增减性，并确定各个有峰小生境Pnj的上下边界个体；Pnj为有峰小生境Pn中的第j个有峰小生境，其中j＝1,2,…,t，t为Pn中峰的个数...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晶菁，陈为，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35