变电站设备人工巡检的低效率和高成本促使变电站巡检机器人在各大变电站的应用越来越广泛。在变电站巡检机器人的各项技术研究中路径规划算法是衡量巡检机器人是否能快速而准确完成巡检工作的标准,随着国内外学者对人工智能算法研究的逐渐深入,路径规划算法技术也逐渐成熟。
本文针对变电站巡检机器人路径规划智能算法的实现问题和算法收敛速度优化以及全局最优值优化问题展开研究,具体内容有:变电站环境建模、遗传算法实现变电站巡检机器人路径规划、遗传算法的改进和仿真数据对比分析。本文首先在分析了变电站与巡检机器人的交互关系以及巡检机器人常用的定位导航方式后,获得了简化的变电站地图。通过对比常用的地图建模方法,最终采用栅格法完成了变电站地图建模,为后续变电站巡检机器人路径规划算法的Maltab实现提供了地图数据。然后在设计变电站巡检机器人路径规划算法时,按照巡检设备的多少把巡检工作分为特殊巡检模式和常规巡检模式。针对变电站特殊巡检模式,本文通过在遗传算法中导入地图数据完成了该种模式下的路径规划,针对变电站常规巡检方式,采取先用A*算法计算距离矩阵,然后将距离矩阵数据导入到遗传算法中进行运算,以避免巡检点多和巡检点之间的距离计算量大的问题。最后就遗传算法求解变电站巡检机器人常规巡检模式和特殊巡检模式路径规划问题进行Matlab仿真。针对仿真结果中遗传算法表现的收敛速度慢、容易陷入局部最优且规划路径的最优值不够理想的问题,提出一种改进的遗传算法。改进遗传算法首先采取贪婪算法初始化种群和精英保留策略,然后对传统遗传算法的交叉概率Pc和变异概率Pm进行一端线性调整一端非线性自适应调整,最后在交叉变异算子运算后引入模拟退火算法的自然降温思想。
通过Matlab对改进遗传算法、传统遗传算法、蚁群算法和模拟退火算法就变电站巡检机器人路径规划问题进行20次仿真测试,通过对比各算法的最优仿真结果,证明了改进遗传算法可以快速实现变电站常规巡检模式和特殊巡检模式下的路径规划,同时改进遗传算法的运行时间比传统遗传算法缩短了35.42%,规划的全局最优路径值比传统遗传算法减小了29.19%,且改进遗传算法的收敛速度更快,可以改善传统遗传算法容易陷入局部最优的问题。