一種管道檢測器速度控制方法、電子設備及可讀存儲介質

2023-05-26 18:34:13

1.本發明涉及天然氣管道檢測領域，具體是一種管道檢測器速度控制方法、電子設備及可讀存儲介質。


背景技術：

2.天然氣管道機器人，又稱管道檢測器或管道豬，可用於天然氣管道檢測。管道檢測器安裝在天然氣管道內後與管體密封配合，將管道分隔成前後兩段且管道前後兩段存在壓強差，管道前後兩段通過管道檢測器上的旁通閥連通，從而可通過壓差驅動管道檢測器沿管道行進，通過控制旁通閥的閥門開度即可調節檢測器的運行速度，使速度保持在設定值附近，保證檢測結果得有效性；
3.目前對管道進行檢測的技術應用最好的是漏磁檢測法，漏磁傳感器通常安裝在管道檢測器上，用來檢測天然氣管道內壁存在的缺陷和腐蝕等問題。但是漏磁檢測對檢測器的速度具有一定要求，需要檢測器的速度保持在規定的速度值才能獲得準確的檢測數據。目前閥門開度的調節基本需要靠檢測人員的經驗來判斷，無法迅速將管道檢測器的速度調節至設定值附近，在檢測人員反覆調節速度直至速度達到設定值的過程中，檢測器易受速度反覆調節的影響而發生振動，因此亟待解決。


技術實現要素：

4.為了避免和克服現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種管道檢測器速度控制方法，可使得管道監測器的速度迅速達到設定值附近，且振動幅度小，調節過程穩定。本發明還提供了一種電子設備及可讀存儲介質。
5.為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
6.一種管道檢測器速度控制方法，包括如下步驟：
7.s1、構建管道檢測器在旁通閥不同開度下的流體模型；
8.s2、收集不同旁通閥開度下的管道檢測器前後壓差數據；
9.s3、針對收集的數據建立旁通閥開度變化公式：
[0010][0011]
其中，表示在t時刻的旁通閥開度；
[0012]
表示t+1時刻的旁通閥開度；
[0013]
n的取值由檢測器的設定速度以及實時速度的差值決定，當設定速度低於實際速度時，n取值為2，當設定速度高於實際速度時，n取值為1；
[0014]
k和c為參數；
[0015]
s4、對步驟s3中的參數k和c進行優化處理，使其達到最優解。
[0016]
作為本發明進一步的方案：s41、採用改進的粒子群算法來優化處理得到參數k和c，定義：
[0017]
vi(t+1)＝(ω+δω)vi(t)+(c1+δc1)r1(pi(t)-xi(t))+(c2+δc2)r2(pg(t)-xi(t))；
[0018]
xi(t+1)＝xi(t)+vi(t+1)
[0019]
其中，vi(t+1)表示t+1時刻第i個粒子的速度；
[0020]
vi(t)表示t時刻第i個粒子的速度；
[0021]
xi(t+1)表示t+1時刻第i個粒子的位移；
[0022]
xi(t)表示t時刻第i個粒子的位移；
[0023]
c1和c2表示加速因子；
[0024]
δc1和δc2表示加速因子的變化值；
[0025]
r1和r2為[0,1]範圍內的隨機數；
[0026]
pi(t)表示經過t次迭代第i個粒子的最優位置；
[0027]
pg(t)表示經過t次迭代最優粒子的位置；
[0028]
δω表示慣性權重係數的變化值；
[0029]
ω表示慣性權重係數；
[0030]
ω＝[(ω
max-ω
min
)/2]cos(πq/q
max
)+(ω
max
+ω
min
)/2
[0031]
ω
max
表示慣性權重係數的最大值；
[0032]
ω
min
表示慣性權重係數的最大值；
[0033]
q表示當前的迭代次數；
[0034]qmax
表示最大迭代次數；
[0035]
s42、更新ω的值，對於δω、δc1和δc2通過模糊計算得出，通過得出的粒子信息計算粒子群的總體標準偏差μ：
[0036][0037]
其中，μ表示粒子群的總體標準偏差；
[0038]
xi表示第i個粒子在第q次迭代時所處的位置；
[0039]
n表示粒子的個數；
[0040]
表示所有粒子的平均位置；
[0041]
s43、根據步驟s41中的公式計算下一代迭代粒子的適應度值，與當代迭代粒子的適應度值進行比較，取高者為pi(t)，當任意一粒子的pi(t)值高於pg(t)時，則將該粒子的pi(t)值更新為pg(t)值；
[0042]
s44、持續迭代直至當前迭代次數q達到最大迭代次數，停止迭代並輸出最優解pg(t)，pg(t)的位置即為參數k和c的最優解。
[0043]
作為本發明再進一步的方案：在步驟s42中，模糊控制的輸入為總體標準偏差μ和迭代次數q，輸出為慣性權重係數ω以及加速因子的變化值δc1和δc2。
[0044]
作為本發明再進一步的方案：通過simulink構建速度控制模型，將參數k和c帶入至速度控制模型中，根據速度誤差判斷參數n的取值。
[0045]
一種電子設備，包括處理器、輸入設備、輸出設備和存儲器，所述處理器、輸入設備、輸出設備和存儲器依次連接，所述存儲器用於存儲電腦程式，所述電腦程式包括程
序指令，所述處理器被配置用於調用所述程序指令，執行一種管道檢測器速度控制方法。
[0046]
一種可讀存儲介質，該存儲介質存儲有電腦程式，所述電腦程式包括程序指令，所述程序指令當被處理器執行時使處理器執行一種管道檢測器速度控制方法。
[0047]
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0048]
1、本發明通過旁通閥開度變化公式來調整旁通閥開度，在0.1s左右即可使檢測器的速度達到設定值附近，且整個過程振動幅度小，實現了速度控制的快速、穩定調節。
[0049]
2、本發明對粒子群算法進行了改進，對c1、c2和ω增加了人為幹擾的方式，避免陷入局部最優解，將模糊控制與粒子群算法結合，使三個參數不僅跟隨時間進行變化，而且還會根據判斷粒子是否陷入局部最優進行改變。
[0050]
3、本發明改進的粒子群算法一部分是根據迭代次數不斷進行更新改變，另一部分是根據模糊控制判斷粒子群是否陷入局部最優解，從而進行跳出局部範圍，通過雙重保證，可以使粒子群避免早熟收斂並且加快了收斂速度。
附圖說明
[0051]
圖1為本發明的速度控制曲線圖。
[0052]
圖2為本發明中管道檢測器的結構簡圖。
[0053]
圖3為本發明中旁通閥開度與壓差的擬合曲線。
[0054]
圖中：1、管道檢測器；11、旁通閥；12、裡程輪；2、管道。
具體實施方式
[0055]
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0056]
請參閱圖1～3，本發明實施例中，一種管道檢測器速度控制方法，包括如下步驟：s1、構建管道檢測器在旁通閥不同開度下的流體模型；
[0057]
管道檢測器1置於天然氣管道內，開啟管道檢測器1的旁通閥11，通過壓差驅動管道檢測器1沿管道2行進；管道檢測器1上的裡程輪12可測量實時速度並反饋。構建旁通閥開度為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9以及全開狀態下的流體模型。
[0058]
s2、收集不同旁通閥開度下的管道檢測器前後壓差數據。
[0059]
利用ansys中fluent軟體對流體模型進行網格化，根據實際工作狀況設計其流體仿真的參數，記錄不同旁通閥開度下檢測器的前後壓力值，得到不同旁通閥開度下壓差的數據表，表格如下：
[0060][0061]
將數據進行擬合，擬合曲線如圖3所示，根據擬合曲線可知，旁通閥的開度與壓差呈非線性關係，隨著旁通閥開度的增加，壓差逐漸減小。通過觀察曲線發現，旁通閥開度在前半段變化時，壓差變化的範圍明顯；當旁通閥開度在後半段變化時，壓差變化不是很明顯，因此為使得速度控制更加合理，需要使得檢測器的開度處於較低值時變化趨勢放緩，在開度處於較高值時變化趨勢增加。
[0062]
s3、針對收集的數據建立旁通閥開度變化公式：
[0063][0064]
其中，表示在t時刻的旁通閥開度；
[0065]
表示t+1時刻的旁通閥開度；
[0066]
n的取值由檢測器的設定速度以及實時速度的差值決定，當設定速度低於實際速度時，n取值為2，此時旁通閥開度增加，當設定速度高於實際速度時，n取值為1，此時旁通閥開度減小；
[0067]
k和c為參數，決定速度控制性能，後續尋優後得到最優解。
[0068]
s4、對步驟s3中的參數k和c進行優化處理，使其達到最優解。
[0069]
s41、採用改進的粒子群算法來優化處理得到參數k和c，定義：
[0070]
vi(t+1)＝(ω+δω)vi(t)+(c1+δc1)r1(pi(t)-xi(t))+(c2+δc2)r2(pg(t)-xi(t))；
[0071]
xi(t+1)＝xi(t)+vi(t+1)
[0072]
其中，vi(t+1)表示t+1時刻第i個粒子的速度；
[0073]
vi(t)表示t時刻第i個粒子的速度；
[0074]
xi(t+1)表示t+1時刻第i個粒子的位移；
[0075]
xi(t)表示t時刻第i個粒子的位移；
[0076]
c1和c2表示加速因子；
[0077]
δc1和δc2表示加速因子的變化值；
[0078]
r1和r2為[0,1]範圍內的隨機數；
[0079]
pi(t)表示經過t次迭代第i個粒子的最優位置；
[0080]
pg(t)表示經過t次迭代最優粒子的位置；
[0081]
δω表示慣性權重係數的變化值；
[0082]
ω表示慣性權重係數；
[0083]
ω＝[(ω
max-ω
min
)/2]cos(πq/q
max
)+(ω
max
+ω
min
)/2
[0084]
ω
max
表示慣性權重係數的最大值；
[0085]
ω
min
表示慣性權重係數的最大值；
[0086]
q表示當前的迭代次數；
[0087]qmax
表示最大迭代次數；
[0088]
ω和c1的值越大，c2的值越小，此時粒子群不易陷入局部最優解，當粒子群陷入局部最優解時要增大ω和c1，減小c2。
[0089]
初始搜索點的位置x0(t)及其速度v0(t)是在允許的範圍內產生的，其中粒子的位置範圍即為參數k和c的範圍。每個粒子的pi(t)坐標設置為其當前位置，通過程序計算出當前所有粒子的適應度值，將適應度值最高的設置為pg(t)的位置。
[0090]
s42、更新ω的值，對於δω、δc1和δc2通過模糊計算得出，模糊控制的輸入為總體標準偏差μ和迭代次數q，輸出為慣性權重係數ω以及加速因子的變化值δc1和δc2。
[0091]
加速因子c1從大到小進行變化，加速因子c2從小到大進行變化。
[0092]
通過得出的粒子信息計算粒子群的總體標準偏差μ：
[0093][0094]
其中，μ表示粒子群的總體標準偏差；
[0095]
xi表示第i個粒子在第q次迭代時所處的位置；
[0096]
n表示粒子的個數；
[0097]
表示所有粒子的平均位置；
[0098]
s43、根據步驟s41中的公式計算下一代迭代粒子的適應度值，與當代迭代粒子的適應度值進行比較，取高者為pi(t)，當任意一粒子的pi(t)值高於pg(t)時，則將該粒子的pi(t)值更新為pg(t)值；
[0099]
s44、持續迭代直至當前迭代次數q達到最大迭代次數，停止迭代並輸出最優解pg(t)，pg(t)的位置即為參數k和c的最優解。
[0100]
通過simulink構建速度控制模型，將參數k和c帶入至速度控制模型中，根據速度誤差判斷參數n的取值。
[0101]
改進的粒子群算法產生的粒子交給simulink仿真得到適應值結果，然後將適應值結果返回到粒子群算法進行計算。粒子群算法適應值採用itae指標，採用sim函數把參數放入仿真模型中。
[0102]
如圖1所示，採用本發明的速度控制方法後，在0.1s左右即可使檢測器的速度達到設定值附近，且整個過程振動幅度小，實現了速度控制的快速、穩定調節。
[0103]
本技術的另一實施例為電子設備。
[0104]
該電子設備可以是可行動裝置本身，或與其獨立的單機設備，該單機設備可以與可行動裝置進行通信，以從它們接收所採集到的輸入信號，並向其發送所選擇的目標決策行為。
[0105]
電子設備包括一個或多個處理器和存儲器。
[0106]
處理器可以是中央處理單元(cpu)或者具有數據處理能力和/或指令執行能力的其他形式的處理單元，並且可以控制電子設備中的其他組件以執行期望的功能。
[0107]
存儲器可以包括一個或多個電腦程式產品，所述電腦程式產品可以包括各種形式的計算機可讀存儲介質，例如易失性存儲器和/或非易失性存儲器。所述易失性存儲器例如可以包括隨機存取存儲器(ram)和/或高速緩衝存儲器(cache)等。所述非易失性存儲器例如可以包括只讀存儲器(rom)、硬碟、快閃記憶體等。在所述計算機可讀存儲介質上可以存儲一個或多個電腦程式指令，處理器可以運行所述程序指令，以實現上文所述的本技術的各個實施例的速度控制方法。
[0108]
在一個示例中，電子設備還可以包括：輸入裝置和輸出裝置，這些組件通過總線系統和/或其他形式的連接機構互連。例如，該輸入設備可以包括例如車載診斷系統(obd)、攝像頭、工業相機等各種設備。該輸入設備還可以包括例如鍵盤、滑鼠等等。該輸出裝置可以包括例如顯示器、揚聲器、印表機、以及通信網絡及其所連接的遠程輸出設備等等。
[0109]
除此之外，根據具體應用情況，電子設備還可以包括任何其他適當的組件。
[0110]
本技術的又一實施例為還可以是電腦程式產品，其包括電腦程式指令，所述電腦程式指令在被處理器運行時使得所述處理器執行本說明書上述速度控制方法部分中描述的根據本技術各種實施例的速度控制步驟。
[0111]
所述電腦程式產品可以以一種或多種程序設計語言的任意組合來編寫用於執行本技術實施例操作的程序代碼，所述程序設計語言包括面向對象的程序設計語言，諸如java、c++等，還包括常規的過程式程序設計語言，諸如「c」語言或類似的程序設計語言。程序代碼可以完全地在用戶計算設備上執行、部分地在用戶設備上執行、作為一個獨立的軟體包執行、部分在用戶計算設備上部分在遠程計算設備上執行、或者完全在遠程計算設備或伺服器上執行。
[0112]
此外，本技術的實施例還可以是計算機可讀存儲介質，其上存儲有電腦程式指令，所述電腦程式指令在被處理器運行時使得所述處理器執行本說明書中的速度控制方法。
[0113]
所述計算機可讀存儲介質可以採用一個或多個可讀介質的任意組合。可讀介質可以是可讀信號介質或者可讀存儲介質。可讀存儲介質例如可以包括但不限於電、磁、光、電磁、紅外線、或半導體的系統、裝置或器件，或者任意以上的組合。可讀存儲介質的更具體的例子(非窮舉的列表)包括：具有一個或多個導線的電連接、可攜式盤、硬碟、隨機存取存儲
器(ram)、只讀存儲器(rom)、可擦式可編程只讀存儲器(eprom或快閃記憶體)、光纖、可攜式緊湊盤只讀存儲器(cd-rom)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。
[0114]
以上結合具體實施例描述了本技術的基本原理，但是，需要指出的是，在本技術中提及的優點、優勢、效果等僅是示例而非限制，不能認為這些優點、優勢、效果等是本技術的各個實施例必須具備的。另外，上述公開的具體細節僅是為了示例的作用和便於理解的作用，而非限制，上述細節並不限制本技術為必須採用上述具體的細節來實現。
[0115]
本技術中涉及的器件、裝置、設備、系統的方框圖僅作為例示性的例子並且不意圖要求或暗示必須按照方框圖示出的方式進行連接、布置、配置。如本領域技術人員將認識到的，可以按任意方式連接、布置、配置這些器件、裝置、設備、系統。諸如「包括」、「包含」、「具有」等等的詞語是開放性詞彙，指「包括但不限於」，且可與其互換使用。這裡所使用的詞彙「或」和「和」指詞彙「和/或」，且可與其互換使用，除非上下文明確指示不是如此。這裡所使用的詞彙「諸如」指詞組「諸如但不限於」，且可與其互換使用。
[0116]
還需要指出的是，在本技術的裝置、設備和方法中，各部件或各步驟是可以分解和/或重新組合的。這些分解和/或重新組合應視為本技術的等效方案。
[0117]
提供所公開的方面的以上描述以使本領域的任何技術人員能夠做出或者使用本技術。對這些方面的各種修改對於本領域技術人員而言是非常顯而易見的，並且在此定義的一般原理可以應用於其他方面而不脫離本技術的範圍。因此，本技術不意圖被限制到在此示出的方面，而是按照與在此公開的原理和新穎的特徵一致的最寬範圍。
[0118]
為了例示和描述的目的已經給出了以上描述。此外，此描述不意圖將本技術的實施例限制到在此公開的形式。儘管以上已經討論了多個示例方面和實施例，但是本領域技術人員將認識到其某些變型、修改、改變、添加和子組合。