一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法，包括如下步骤：可穿戴系统进行硬件搭建，以及规划基于场景的源网荷储搭配方案；对设备分类类型中能量采集设备、储能设备和负载设备进行建模，以及对穿戴者的人体需求建立行为模型；建立人体需求到能量需求和信息需求的映射，并生成设备连接矩阵和功率调节量；基于人体需求对能量管理策略进行优化，获得最优的连接矩阵和功率调节量。本发明专利技术能够充分利用设备与穿戴者之间的协同互补，提高可穿戴系统的服务质量和穿戴者的舒适度。同时实现对系统内设备的协同调度、与穿戴者的高效交互和对人体需求的实时应答，能够满足一套系统的多场景应用需求。足一套系统的多场景应用需求。足一套系统的多场景应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法


[0001]本专利技术涉及可穿戴系统
，尤其是一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法。

技术介绍

[0002]近些年，可穿戴电子设备在健康监测、人机交互和泛在物联等应用领域展现出巨大的潜力，极大地改变了我们的生活方式。这种进步带来了可穿戴设备市场的增长，但同时也提高了个人的电力需求。
[0003]为了摆脱对于储能设备(比如电池和超级电容器)的过度依赖，国内外学者尝试利用可穿戴人体能量采集器为用电设备供电。然而，人体能量采集器的输出功率具有强波动性和间歇性，而且不同采集器的工作机制差异很大。因此，采取混合能量采集器互补协同供能逐渐成为了研究焦点，并且基于这种理念有学者提出了多能互补、性能相称的自供电可穿戴系统。
[0004]多能互补、性能相称的自供电可穿戴系统一般通过集成多个人体能量采集器、存储设备、控制系统和负载组成一个小型电力网络。基于这个身体上的电力网络，多种能量采集器(比如光伏和汗液发电机等)可以协同工作，提高能源供应的可靠性。另外，控制系统还可以对能量的产生、储存和使用进行管理。例如，系统可以选择消纳采集器能量产出的份额、控制储能设备的充放电速率以及调节可调节负载的实时功率等。
[0005]但是，目前并没有一个统一的自供电可穿戴系统设计标准，以及对应的能量管理方法。除此之外，由于穿戴者的个人行为和需求对能量管理造成的影响难以被量化，而无法融入到传统的能量管理范畴，导致了智能化和低碳化程度不高。

技术实现思路
/>[0006]本专利技术的目的在于解决可穿戴系统智能化和低碳化程度不高的问题，提供一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法。
[0007]本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0008]本专利技术提供了一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法，包括如下步骤：
[0009]S1、在物理层面上对可穿戴系统进行硬件搭建，以及规划基于场景的源网荷储搭配方案；
[0010]S2、在信息层面上对设备分类类型中的能量采集设备、储能设备和负载设备进行建模，以及对穿戴者的人体需求建立行为模型；
[0011]S3、建立人体需求到能量需求和信息需求的映射，并生成设备连接矩阵和功率调节量；
[0012]S4、基于人体需求对能量管理策略进行优化，获得最优的连接矩阵和功率调节量。
[0013]在一些实施例中，步骤S1中，所述可穿戴系统基于场景、设备使用时长和个人需求
生成设备配置，并与所述系统的穿戴者配合，在进入实用阶段之前完成硬件搭建；所述规划基于场景的源网荷储搭配方案包括对所述可穿戴系统内部设备分类并根据所述设备分类类型在穿戴者上进行线路连接；所述可穿戴系统内部设备包含能量采集设备、储能设备、负载设备、控制设备。
[0014]在一些实施例中，步骤S2中，所述储能设备对容量最大功率和最小功率限制为：容量为放电功率为充电功率为其中，j＝1,...,J，为充电功率调节量；
[0015]所述负载设备的可调负载的功率调节量为调节后的功率限制在其中，可调负载
[0016]所述系统中用来绑定储能和负载的独立能源系统设备IED的绑定关系表达为其中Pa
t
代表了“电池
‑
负载组合”的集合，B
IED
和L
IED
分别对应IED设备的储能和负载部分，t＝1,...,T代表了系统的运行时间，j＝1,...,J
IED
和k＝1,...,K
IED
分别代表了IED设备中的储能和负载部分。
[0017]在一些实施例中，步骤S2中，所述对所述设备分类类型中能量采集设备、储能设备和负载设备进行建模涉及的具体参数有：用来描述储能设备保持连接的可能性的服务可靠性用来描述穿戴者对某一负载的使用偏好的负载等级H:＝{h
k
:k＝1,...,K
ex
}和负载预计使用时间
[0018]在一些实施例中，步骤S2中，所述建立人体需求行为模型中穿戴者在t时刻的个人需求表达为α
t
:＝{α
t,n
:t＝1,...,T,n＝1,...,N}，用α
t,n
∈{0,1}判断是否有人体需求；其中n＝1,...,N代表了个人需求的编号和数量，并赋予权重W
t
:＝{w
t,n
:t＝1,...,T,n＝1,...,N}。
[0019]在一些实施例中，步骤S2中，还包括检测穿戴者的拔插行为并修正系统参数；所述修正系统参数归纳成其中，连接设备行为断开设备行为权重W
t
，穿戴者的非操作行为为变量A
t
。
[0020]在一些实施例中，步骤S3中，通过生成不同需求的设备响应模型f
n
把人体需求与能量需求和信息需求耦合。
[0021]在一些实施例中，步骤S3中，所述生成设备连接矩阵
其中J和K代表穿戴者电网储能和负载的数量，λ
S
、λ
L
、θ
S
和θ
L
分别代表采集设备到储能设备，采集设备到负载设备，储能设备到储能设备和储能设备到负载设备的连接关系；所述生成功率调节量其中，为充电功率调节量，为可调节负载功率调节量。
[0022]在一些实施例中，步骤S3中，需要为设备连接矩阵M
t
和功率调节量ζ
t
建立多个约束条件；所述多个约束条件包含运行负载与电源供应一一对应、电池不能自充、非独立能源系统设备的被充电电池不能供应负载、独立能源系统设备自身的负载只能被自身电池供电、功率量级约束。
[0023]在一些实施例中，步骤S4中，所述能量管理策略进行优化的优化模型：其中，f
n
为设备响应模型，W
t
为权重；
[0024]若系统仍无法满足穿戴者的人体需求，系统在与穿戴者交互过程中，将把穿戴者的非操作行为A
t
融合至上述优化模型的优化变量中，基于更新的优化结果指导穿戴者规范个人行为。
[0025]本专利技术的有益效果如下：
[0026]本专利技术提供了一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法，通过硬件搭建和源网荷储搭配方案以及建立行为模型，并建立人体需求到能量需求和信息需求的映射，最终获得最优的连接矩阵和功率调节量，充分利用设备与穿戴者之间的协同互补，以提高系统的服务质量和穿戴者的舒适度。同时实现对系统内设备的协同调度、与穿戴者的高效交互和对人体需求的实时应答，能够满足一套系统的多场景应用需求。
[0027]本专利技术实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施例中一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法流程图；
[0029]图2是本专利技术实施例中可穿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人体需求的可穿戴系统规划以及能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在物理层面上对可穿戴系统进行硬件搭建，以及规划基于场景的源网荷储搭配方案；S2、在信息层面上对设备分类类型中的能量采集设备、储能设备和负载设备进行建模，以及对穿戴者的人体需求建立行为模型；S3、建立人体需求到能量需求和信息需求的映射，并生成设备连接矩阵和功率调节量；S4、基于人体需求对能量管理策略进行优化，获得最优的连接矩阵和功率调节量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述可穿戴系统基于场景、设备使用时长和个人需求生成设备配置，并与所述系统的穿戴者配合，在进入实用阶段之前完成硬件搭建；所述规划基于场景的源网荷储搭配方案包括对所述可穿戴系统内部设备分类并根据所述设备分类类型在穿戴者上进行线路连接；所述可穿戴系统内部设备包含能量采集设备、储能设备、负载设备、控制设备。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述储能设备对容量最大功率和最小功率限制为：容量为放电功率为充电功率为其中，j＝1,...,J，为充电功率调节量；所述负载设备的可调负载的功率调节量为调节后的功率限制在其中，可调负载所述系统中用来绑定储能和负载的独立能源系统设备IED的绑定关系表达为其中Pa
t
代表了“电池
‑
负载组合”的集合，B
IED
和L
IED
分别对应IED设备的储能和负载部分，t＝1,...,T代表了系统的运行时间，j＝1,...,J
IED
和k＝1,...,K
IED
分别代表了IED设备中的储能和负载部分。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述对所述设备分类类型中能量采集设备、储能设备和负载设备进行建模涉及的具体参数有：用来描述储能设备保持连接的可能性的服务可靠性用来描述穿戴者对某一负载的使用偏好的负载等级H:＝{h
k
:k＝1,...,K
ex
}和负载预计使用时间5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述建立人体需求行为模型中穿戴者在t时刻的个人需...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璇，许嘉禾，孙宏斌，郭庆来，谢乐，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：