[發(fā)明專利]太陽能無線采集系統(tǒng)的分布式優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109345809A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 解相朋;王晨馳;胡松林;岳東
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;G06Q10/04
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發(fā)明提供一種太陽能無線采集系統(tǒng)的分布式優(yōu)化方法，通過考慮太陽能電池的工作電流，轉化為目標函數(shù)，求出目標函數(shù)和的最小值；設計拉格朗日函數(shù)；求出目標函數(shù)的對偶函數(shù)；將不可導的目標函數(shù)平滑化；計算隨機免梯度預測值；傳感器供電電流大小的估計值的在線迭代；獲得最優(yōu)的傳感器供電電流大小的估計值分布，用其指導n個太陽能采集系統(tǒng)中傳感器的額定電流設置。該方法針對固定拓撲下的多智能體系統(tǒng)每個傳感器代價函數(shù)不平滑的情況，利用拉格朗日函數(shù)和隨機免梯度算法，設計出基于隨機免梯度的原始對偶算法，能夠保證代價和函數(shù)收斂到最優(yōu)值附近，顯著提高太陽能采集系統(tǒng)對無線傳感器網絡供電時的供電效率，并提高太陽能供電微電網的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種太陽能無線采集系統(tǒng)的分布式優(yōu)化方法。

背景技術

近年來，隨著科技的蓬勃發(fā)展，尤其是云計算以及大數(shù)據(jù)等新興領域的出現(xiàn)，分布式優(yōu)化理論和應用得到了越來越多的重視，并且逐漸滲透到科學研究、工程應用和社會生活的各個方面。所謂的分布式優(yōu)化就是指通過一群具備一定感知、通信、計算和執(zhí)行能力的智能體通過通訊等方式解決許多集中式算法無法處理的大規(guī)模復雜的優(yōu)化算法。分布式優(yōu)化理論和應用已經成為當代系統(tǒng)和控制科學的重要發(fā)展方向之一，在控制科學與工程領域，隨著傳感器網絡、數(shù)字通信網絡的發(fā)展，控制系統(tǒng)的基本結構與運行方式也發(fā)生了根本的改變。一個控制系統(tǒng)不再由單一的受控對象、傳感器或控制器組成，而是由多個智能體集成一個復雜的控制網絡，這些智能體通過相互連接，按照一定的通信協(xié)議完成給定的任務。整個控制與決策的過程就是每個智能體之間相互協(xié)作的過程。因此，較于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，一個多智能體系統(tǒng)它將控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)完全融于一體。

目前，太陽能采集技術的發(fā)展日益成熟，應用廣泛。將太陽能采集技術與無線傳感網絡結合起來，不僅可以解決無線傳感網絡的能量供應問題，還能夠拓展太陽能采集技術的應用領域。而對于多傳感器的分布式優(yōu)化算法的設計已經取得了許多重要的成果，但就目前熱門的研究成果來說，仍存在以下的問題：

考慮在太陽能無線采集系統(tǒng)中，利用網絡中的傳感器實時監(jiān)測和采集太陽能電池多種數(shù)據(jù)信息，并且將采集到的數(shù)據(jù)信息與相鄰的傳感器進行交互計算、功耗結果分析。這里的無線傳感器網絡本質上就是一個多智能體系統(tǒng)，每個傳感器就是一個智能體。對于一個由傳感器組成的多智能體系統(tǒng)，每個傳感器往往有一個代價函數(shù)，并且整個網絡的代價由這些個體的代價函數(shù)和來表示，這類問題的目的是需要設計分布式算法最小化這個函數(shù)和。

針對此類問題，現(xiàn)有的方法大都要求優(yōu)化的函數(shù)為凸函數(shù)，但實際中很多時候需要處理凸-凹函數(shù)的問題；另一方面，對于利用計算代價函數(shù)的梯度或者次梯度來求出函數(shù)的最優(yōu)解，存在一個突出缺點：對于不可導的函數(shù)，計算出它的次梯度或者梯度是非常困難的，甚至是不可能的。這導致一些情況下，多個傳感器的相互通信和協(xié)調受到影響，進而不能準確地計算出滿足系統(tǒng)條件的最優(yōu)值，使得現(xiàn)有使用太陽能采集系統(tǒng)對無線傳感器網絡供電時效率低下，造成嚴重的能源浪費；并且由于太陽能采集系統(tǒng)所發(fā)出電力不能及時消納而會引起微電網的不穩(wěn)定。

上述問題是在太陽能無線采集系統(tǒng)的分布式優(yōu)化過程中應當予以考慮并解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種太陽能無線采集系統(tǒng)的分布式優(yōu)化方法解決現(xiàn)有技術中存在的在太陽能無線采集系統(tǒng)中，多個傳感器直接能夠互相交流通信；但由于數(shù)據(jù)的隨機性，每個傳感器的代價函數(shù)可能是凸-凹函數(shù)，甚至是不可導函數(shù)而導致多個傳感器的相互通信和協(xié)調受到影響，不能準確地計算出滿足系統(tǒng)條件的最優(yōu)值進而使得現(xiàn)有使用太陽能采集系統(tǒng)對無線傳感器網絡供電時效率低下的問題。

本發(fā)明的技術解決方案是：

一種太陽能無線采集系統(tǒng)的分布式優(yōu)化方法，包括以下步驟：

S1、將無線傳感器監(jiān)控到的太陽能電池板數(shù)據(jù)進行結果分析，考慮太陽能電池的工作電流，轉化為供電功率目標函數(shù)，接著將數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，整合成太陽能供電功率優(yōu)化問題，求出供電功率目標函數(shù)和的最小值；