一种铁塔自稳定控制方法、系统、装置和存储介质与流程

1.本发明涉及铁塔调平技术领域，尤其涉及一种铁塔自稳定控制方法、系统、 装置和存储介质。


背景技术：

2.随着电网布局和发展，陈旧铁塔需陆续退出电力运维管理。而退运铁塔多大 整体结构或部分结构损坏，有倒塌或部件掉落的风险。这对其周围运行线路增加 了遭受破坏的风险，另外地面人员的生命安全造成威胁，所以对退运铁塔的及时 拆除能保障人员安全和线路安全。而在拆除铁塔过程中重要的环节在于如何对铁 塔实现垂直姿态自稳定控制。
3.在铁塔垂直姿态自稳定控制领域中，大多通过液压支撑实现铁塔调平，而液 压支撑调平需要在铁塔底部挖土施工安装液压支撑，其施工难度大，耗时长和成 本高，另外对于电网铁塔高耸结构，实际环境中的强风可能会导致铁塔剧烈震动 而倒塌，未考虑的外界的干扰都可能使得基于理想情况设计的控制器失稳，存在 安全隐患。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提出了一种铁塔自稳定控制方法、系统、装 置和存储介质，可以解决现存铁塔稳定控制抗干扰能力差和施工难度高的问题。
5.一种铁塔自稳定控制方法，所述铁塔的拉索方式为四方位的双层拉索，所述 铁塔自稳定控制方法包括如下步骤：
6.获取目标铁塔的倾斜信息，所述倾斜信息包括所述目标铁塔在水平方向上的 第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度；
7.根据所述倾斜信息获取所述目标铁塔的调整拉索；
8.采用模糊pid控制算法获取所述调整拉索的拉力控制量，根据所述拉力控制 量对所述调整拉索进行控制。
9.一种铁塔自稳定系统，所述铁塔的拉索方式为四方位的双层拉索，所述铁塔 自稳定控制方法包括如下模块：
10.获取模块，用于获取目标铁塔的倾斜信息，所述倾斜信息包括所述目标铁塔 在水平方向上的第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度；
11.选择模块，用于根据所述倾斜信息获取所述目标铁塔的调整拉索；
12.控制模块，用于采用模糊pid控制算法获取所述调整拉索的拉力控制量，根 据所述拉力控制量对所述调整拉索进行控制。
13.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所 述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：
14.获取目标铁塔的倾斜信息，所述倾斜信息包括所述目标铁塔在水平方向上的 第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度；
15.根据所述倾斜信息获取所述目标铁塔的调整拉索；
16.采用模糊pid控制算法获取所述调整拉索的拉力控制量，根据所述拉力控 制量对所述调整拉索进行控制。
17.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执 行时，使得所述处理器执行以下步骤：
18.获取目标铁塔的倾斜信息，所述倾斜信息包括所述目标铁塔在水平方向上的 第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度；
19.根据所述倾斜信息获取所述目标铁塔的调整拉索；
20.采用模糊pid控制算法获取所述调整拉索的拉力控制量，根据所述拉力控 制量对所述调整拉索进行控制。
21.通过实施本发明具有以下有益效果：
22.目标铁塔的双层四方拉索安装施工要求低、施工难度简单、拆卸方便、耗 时短，采用模糊pid控制算法计算调整拉索的拉力控制量，能够在实际使用环境 中出现状态干扰或结构干扰时实现自适应调节，有效降低施工难度，提升抗干扰 能力，确保施工安全。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的 附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造 性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.其中：
25.图1是本发明提供的铁塔自稳定方法的一实施例的流程示意图；
26.图2是本发明提供的目标铁塔的双层四方位拉索示意图；
27.图3是本发明提供的拉索结构的示意图。
28.图4是本发明提供的铁塔自稳定系统的一实施例的结构示意图；
29.图5为本发明提供的一个实施例中计算机设备的结构框图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.请结合参阅图1、图2和图3，图1是本发明提供的铁塔自稳定方法的一实 施例的流程示意图，图2是本发明提供的目标铁塔的双层四方位拉索示意图。图 3是本发明提供的拉索结构的示意图。如图2中所示的本实施场景中的目标铁塔 的拉索方式为四方位的双层拉索。通过双层拉索对铁塔进行稳定调平，具有良好 的控制性能。一方的两层拉索连接一台伺服卷扬机，由该伺服卷扬机控制该方两 层拉索的拉力，能够更加稳定的控制目标铁塔在各个方向的受力。
32.本发明提供的铁塔自稳定控制方法包括如下步骤：
33.s101：获取目标铁塔的倾斜信息，倾斜信息包括目标铁塔在水平方向上的第 一水
平倾斜角度和第二水平倾斜角度。
34.在本实施场景中，在目标铁塔上设置惯性测量单元传感器，通过惯性测量单 元传感器获取目标铁塔的倾斜信息，倾斜信息包括目标铁塔在水平方向上的第一 水平倾斜角度α和第二水平倾斜角度β。当α,β都为0时，铁塔处于垂直姿态，调 平完成。
35.s102：根据倾斜信息获取目标铁塔的调整拉索。
36.在一个具体的实施场景中，请结合参阅图4，图4是本发明提供的拉索编号 坐标示意图。将双层拉索铁塔的四方拉索分别编号为1、2、3、4，给各个方向的 拉索进行编号可以方便选择正确的拉索，以及通知该拉索对应的伺服卷扬机工作。 在本实施场景中，预先设定第一水平倾斜角度α由编号为1，2，4的拉索控制， 第二水平倾斜角度β由编号为1，2，3的拉索控制。在其他实施场景中，第一水 平倾斜角度α和第二水平倾斜角度β还可以被设定为由其他编号组合的拉索控制， 例如1，2，4和1，2，3，还可以是均由拉索1、2、3、4控制。
37.在本实施场景中，水平调整策略为先将第一水平倾斜角度α调整为0，再将 第二水平倾斜角度β调为0。在其他实施场景，水平调整策略还是可以是根据第一 水平倾斜角度α和第二水平倾斜角度β和水平调整策略选择目标铁塔的调整拉索 π(α,β)。
38.在一个实施场景中根据以下规则选择调整拉索：
[0039][0040]
其中，π(α,β)＝(0,0)意味无控制对象，π(α,β)＝(1,4)代表选择编号为1和 4的拉索作为调整拉索，需要对其拉力进行调整和控制。
[0041]
s103：采用模糊pid控制算法获取调整拉索的拉力控制量，根据拉力控制量 对调整拉索进行控制。
[0042]
在一个具体的实施场景中，pid算法是在过程控制中，按偏差的比例(p)、 积分(i)和微分(d)进行控制的算法。模糊控制是以模糊集合理论、模糊语言 及模糊逻辑为基础的控制，它是模糊数学在控制系统中的应用，是一种非线性智 能控制。模糊pid是pid算法与模糊控制理论相结合的一种控制理论。
[0043]
在本实施场景中，采用模糊pid控制算法获取调整拉索的拉力控制量，根据 拉力控制量驱动上文中选择的调整拉索连接的卷扬机进行工作，以维持目标铁塔 的平衡。
[0044]
可以根据以下公式获取拉力控制量：
[0045][0046]
其中，u(t)为t时刻的拉力控制量，e(t)为t时刻实际输出值和期望输出值的 差值，k
p
、ki、kd分别为模糊pid控制算法的比例系数、积分系数和微分系数。
[0047]
在一个实施场景中，在根据上述公式获取拉力控制量的步骤之前，通过模糊 控制器计算出修正变量，根据修正变量对比例系数k
p
、积分系数ki和微分系数kd进行修正。模糊输出变量包括比例系数修正参数δk
p
、积分系数修正参数δki、微 分系数修正参数δkd。可
以根据以下公式对对比例系数k
p
、积分系数ki和微分系 数kd进行修正：
[0048][0049]
其中，k
′
p
、k
′i、k
′d分别为比例系数k
p
、积分系数ki和微分系数kd的初始值 或上一次计算拉力控制量时采用的值。
[0050]
在一个实施场景中，根据预设的输入和输出的模糊集合、隶属度函数性质和 预设的模糊推理规则获取比例系数修正参数δk
p
、积分系数修正参数δki、微分系 数修正参数δkd。
[0051]
根据模糊控制理论对模糊pid控制算法参数(包括比例系数k
p
、积分系数ki和微分系数kd)进行初始设定。首先对控制输入量进行模糊化，将垂直倾斜角度 误差值e的论域为(-2，2)，垂直倾斜角度误差值变化率ec的论域为(-1，1)，定义误差 的量化因子为ke＝1，误差变化率量化因子为k
ec
＝2。
[0052]
将误差值和误差变化值的论域划分为5个等级，则控制输入量的模糊语言表 达为：
[0053]
ec＝e＝[nm，ns，zo，ps，pm]
[0054]
结合实际的工程经验和plc参数设置经验，设置比例系数修正参数δk
p
的取 值区间分别为[-2，2]，积分系数修正参数δki的取值区间为[-1.8，1.8]，微分系数修 正参数δki的取值区间为[-1.6，1.6]，输出量的量化因子为：
[0055][0056]
那么相应的控制输出量可为δk
p
＝δki＝δkd＝[-4，-2，0，2，4]，控制输出量 相对应的模糊语言表达为δk
p
＝δki＝δkd＝[nm，ns，zo，ps，pm]。对e，ec， δk
p
，δki，δkd确定隶属度函数均取三角形。结合实际的工程经验设置δk
p
、δki、 δkd的模糊推理规则，请分别参阅下列三个表格，下列三个表格分别为δk
p
规则 表、δki规则表和δkd规则表。
[0057]
δk
p
模糊推理规则表
[0058][0059]
δki模糊推理规则表
[0060][0061][0062]
δkd模糊推理规则表
[0063][0064]
根据上文中的设定的控制输入量和控制输出量的模糊集合、隶属度函数性质 和δk
p
、δki、δkd的模糊推理规则，通过重心法计算出比例系数修正参数δk
p
、 积分系数修正参数δki、微分系数修正参数δkd，具体的，请参阅以下公式：
[0065][0066][0067][0068]
其中，pi，ii，di分别为模糊控制量论域内的值，如nm对应-4，rc(pi)为通 过模糊推理规则得到对应的pi隶属度值，rc(ii)为通过模糊推理规则得到对应的ii隶属度值，rc(di)为通过模糊推理规则得到对应的di隶属度值。
[0069]
在其他实施场景中，在根据上文中计算出的拉力控制量对调整拉索进行控制 后，判断第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度是否均为0，若第一水平倾斜角 度和第二水平倾斜角度均为0，则表示目标铁塔处于垂直状态，停止对调整拉索 的控制。若第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度中至少一个不为0，则目标铁 塔还没有处于垂直状态，重复执行上述s10-s103的步骤，直至第一水平倾斜角 度和第二水平倾斜角度均为0为止。
[0070]
通过上述描述可知，在本实施例中，目标铁塔的双层四方拉索安装施工要求 低、施工难度简单、拆卸方便、耗时短，采用模糊pid控制算法计算调整拉索的 拉力控制量，能够在实际使用环境中出现状态干扰或结构干扰时实现自适应调节， 有效降低施工难度，提升抗干扰能力，确保施工安全。
[0071]
请参阅图4，图4是本发明提供的铁塔自稳定系统的一实施例的结构示意图。 铁塔
自稳定系统10应用于图2所示的目标铁塔，包括：获取模块11、选择模块 12和控制模块13。
[0072]
获取模块11用于获取目标铁塔的倾斜信息，倾斜信息包括目标铁塔在水平 方向上的第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度。选择模块12用于根据倾斜信 息获取目标铁塔的调整拉索。控制模块13用于采用模糊pid控制算法获取调整 拉索的拉力控制量，根据拉力控制量对调整拉索进行控制。
[0073]
铁塔自稳定系统10还包括判断模块14(图未示)，判断模块14用于判断第 一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度是否均为0，若第一水平倾斜角度和第二水 平倾斜角度均为0，停止对调整拉索的控制，若第一水平倾斜角度和第二水平倾 斜角度中至少一个不为0，则重复获取目标铁塔的倾斜信息的步骤以及后续的步 骤。
[0074]
选择模块12用于根据第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度和水平调整策 略选择目标铁塔的四方位拉索中的调整拉索。
[0075]
其中，水平调整策略包括：先将第一水平倾斜角度调整为0，再将第二水平 倾斜角度调为0；或先将第二水平倾斜角度调整为0，再将第一水平倾斜角度调 整为0。
[0076]
控制模块13用于根据以下公式获取拉力控制量：
[0077][0078]
其中，u(t)为t时刻的拉力控制量，e(t)为t时刻实际输出值和期望输出值的 差值，k
p
、ki、kd分别为模糊pid控制算法的比例系数、积分系数和微分系数。
[0079]
控制模块13用于通过模糊控制器计算出的修正变量对比例系数、积分系数 和微分系数进行修正，修正变量包括比例系数修正参数、积分系数修正参数、微 分系数修正参数。
[0080]
控制模块13用于根据预设的输入和输出的模糊集合、隶属度函数性质和预 设的模糊推理规则通过重心法计算出修正变量。
[0081]
通过上述描述可知，在本实施例中，铁塔自稳定系统采用模糊pid控制算法 计算调整拉索的拉力控制量，能够在实际使用环境中出现状态干扰或结构干扰时 实现自适应调节，有效降低施工难度，确保施工安全。
[0082]
图5示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以 是终端，也可以是服务器。如图5所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的 处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。 该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该 计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现年龄识别方法。该内存储器中也 可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行年龄识 别方法。本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本技术方案相 关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定， 具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件， 或者具有不同的部件布置。
[0083]
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存 储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
[0084]
获取目标铁塔的倾斜信息，倾斜信息包括目标铁塔在水平方向上的第一水平 倾
斜角度和第二水平倾斜角度；根据倾斜信息获取目标铁塔的调整拉索；采用模 糊pid控制算法获取调整拉索的拉力控制量，根据拉力控制量对调整拉索进行控 制。
[0085]
其中，根据拉力控制量对调整拉索进行控制的步骤之后，包括：
[0086]
判断第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度是否均为0，若第一水平倾斜角 度和第二水平倾斜角度均为0，停止对调整拉索的控制，若第一水平倾斜角度和 第二水平倾斜角度中至少一个不为0，则重复获取目标铁塔的倾斜信息的步骤以 及后续的步骤。
[0087]
其中，根据倾斜信息获取目标铁塔的调整拉索的步骤，包括：
[0088]
根据第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度和水平调整策略选择目标铁塔 的四方位拉索中的调整拉索。
[0089]
其中，水平调整策略包括：
[0090]
先将第一水平倾斜角度调整为0，再将第二水平倾斜角度调为0；或
[0091]
先将第二水平倾斜角度调整为0，再将第一水平倾斜角度调整为0。
[0092]
其中，采用模糊pid控制算法获取调整拉索的拉力控制量的步骤，包括：
[0093]
根据以下公式获取拉力控制量：
[0094][0095]
其中，u(t)为t时刻的拉力控制量，e(t)为t时刻实际输出值和期望输出值的 差值，k
p
、ki、kd分别为模糊pid控制算法的比例系数、积分系数和微分系数。
[0096]
其中，根据以下公式获取拉力控制量的步骤之前，还包括：
[0097]
通过模糊控制器计算出的修正变量对比例系数、积分系数和微分系数进行修 正，修正变量包括比例系数修正参数、积分系数修正参数、微分系数修正参数。
[0098]
其中，通过模糊控制器计算出的修正变量对比例系数、积分系数和微分系数 进行修正的步骤，包括：
[0099]
根据预设的输入和输出的模糊集合、隶属度函数性质和预设的模糊推理规则 通过重心法计算出修正变量。
[0100]
在一个实施例中，提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计 算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
[0101]
获取目标铁塔的倾斜信息，倾斜信息包括目标铁塔在水平方向上的第一水平 倾斜角度和第二水平倾斜角度；根据倾斜信息获取目标铁塔的调整拉索；采用模 糊pid控制算法获取调整拉索的拉力控制量，根据拉力控制量对调整拉索进行控 制。
[0102]
其中，根据拉力控制量对调整拉索进行控制的步骤之后，包括：
[0103]
判断第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度是否均为0，若第一水平倾斜角 度和第二水平倾斜角度均为0，停止对调整拉索的控制，若第一水平倾斜角度和 第二水平倾斜角度中至少一个不为0，则重复获取目标铁塔的倾斜信息的步骤以 及后续的步骤。
[0104]
其中，根据倾斜信息获取目标铁塔的调整拉索的步骤，包括：
[0105]
根据第一水平倾斜角度和第二水平倾斜角度和水平调整策略选择目标铁塔 的四方位拉索中的调整拉索。
[0106]
其中，水平调整策略包括：
[0107]
先将第一水平倾斜角度调整为0，再将第二水平倾斜角度调为0；或
[0108]
先将第二水平倾斜角度调整为0，再将第一水平倾斜角度调整为0。
[0109]
其中，采用模糊pid控制算法获取调整拉索的拉力控制量的步骤，包括：
[0110]
根据以下公式获取拉力控制量：
[0111][0112]
其中，u(t)为t时刻的拉力控制量，e(t)为t时刻实际输出值和期望输出值的 差值，k
p
、ki、kd分别为模糊pid控制算法的比例系数、积分系数和微分系数。
[0113]
其中，根据以下公式获取拉力控制量的步骤之前，还包括：
[0114]
通过模糊控制器计算出的修正变量对比例系数、积分系数和微分系数进行修 正，修正变量包括比例系数修正参数、积分系数修正参数、微分系数修正参数。
[0115]
其中，通过模糊控制器计算出的修正变量对比例系数、积分系数和微分系数 进行修正的步骤，包括：
[0116]
根据预设的输入和输出的模糊集合、隶属度函数性质和预设的模糊推理规则 通过重心法计算出修正变量。
[0117]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是 可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一非易失性计算 机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。 其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质 的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读 存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编 程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部 高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态 ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率 sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink) dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线 动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0118]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的 组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0119]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这 些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为 准。请输入具体实施内容部分。