一种管道检测器速度控制方法、电子设备及可读存储介质

1.本发明涉及天然气管道检测领域，具体是一种管道检测器速度控制方法、电子设备及可读存储介质。


背景技术：

2.天然气管道机器人，又称管道检测器或管道猪，可用于天然气管道检测。管道检测器安装在天然气管道内后与管体密封配合，将管道分隔成前后两段且管道前后两段存在压强差，管道前后两段通过管道检测器上的旁通阀连通，从而可通过压差驱动管道检测器沿管道行进，通过控制旁通阀的阀门开度即可调节检测器的运行速度，使速度保持在设定值附近，保证检测结果得有效性；
3.目前对管道进行检测的技术应用最好的是漏磁检测法，漏磁传感器通常安装在管道检测器上，用来检测天然气管道内壁存在的缺陷和腐蚀等问题。但是漏磁检测对检测器的速度具有一定要求，需要检测器的速度保持在规定的速度值才能获得准确的检测数据。目前阀门开度的调节基本需要靠检测人员的经验来判断，无法迅速将管道检测器的速度调节至设定值附近，在检测人员反复调节速度直至速度达到设定值的过程中，检测器易受速度反复调节的影响而发生振动，因此亟待解决。


技术实现要素：

4.为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种管道检测器速度控制方法，可使得管道监测器的速度迅速达到设定值附近，且振动幅度小，调节过程稳定。本发明还提供了一种电子设备及可读存储介质。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种管道检测器速度控制方法，包括如下步骤：
7.s1、构建管道检测器在旁通阀不同开度下的流体模型；
8.s2、收集不同旁通阀开度下的管道检测器前后压差数据；
9.s3、针对收集的数据建立旁通阀开度变化公式：
[0010][0011]
其中，表示在t时刻的旁通阀开度；
[0012]
表示t+1时刻的旁通阀开度；
[0013]
n的取值由检测器的设定速度以及实时速度的差值决定，当设定速度低于实际速度时，n取值为2，当设定速度高于实际速度时，n取值为1；
[0014]
k和c为参数；
[0015]
s4、对步骤s3中的参数k和c进行优化处理，使其达到最优解。
[0016]
作为本发明进一步的方案：s41、采用改进的粒子群算法来优化处理得到参数k和c，定义：
[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时刻第i个粒子的速度；
[0020]
vi(t)表示t时刻第i个粒子的速度；
[0021]
xi(t+1)表示t+1时刻第i个粒子的位移；
[0022]
xi(t)表示t时刻第i个粒子的位移；
[0023]
c1和c2表示加速因子；
[0024]
δc1和δc2表示加速因子的变化值；
[0025]
r1和r2为[0,1]范围内的随机数；
[0026]
pi(t)表示经过t次迭代第i个粒子的最优位置；
[0027]
pg(t)表示经过t次迭代最优粒子的位置；
[0028]
δω表示惯性权重系数的变化值；
[0029]
ω表示惯性权重系数；
[0030]
ω＝[(ω
max-ω
min
)/2]cos(πq/q
max
)+(ω
max
+ω
min
)/2
[0031]
ω
max
表示惯性权重系数的最大值；
[0032]
ω
min
表示惯性权重系数的最大值；
[0033]
q表示当前的迭代次数；
[0034]qmax
表示最大迭代次数；
[0035]
s42、更新ω的值，对于δω、δc1和δc2通过模糊计算得出，通过得出的粒子信息计算粒子群的总体标准偏差μ：
[0036][0037]
其中，μ表示粒子群的总体标准偏差；
[0038]
xi表示第i个粒子在第q次迭代时所处的位置；
[0039]
n表示粒子的个数；
[0040]
表示所有粒子的平均位置；
[0041]
s43、根据步骤s41中的公式计算下一代迭代粒子的适应度值，与当代迭代粒子的适应度值进行比较，取高者为pi(t)，当任意一粒子的pi(t)值高于pg(t)时，则将该粒子的pi(t)值更新为pg(t)值；
[0042]
s44、持续迭代直至当前迭代次数q达到最大迭代次数，停止迭代并输出最优解pg(t)，pg(t)的位置即为参数k和c的最优解。
[0043]
作为本发明再进一步的方案：在步骤s42中，模糊控制的输入为总体标准偏差μ和迭代次数q，输出为惯性权重系数ω以及加速因子的变化值δc1和δc2。
[0044]
作为本发明再进一步的方案：通过simulink构建速度控制模型，将参数k和c带入至速度控制模型中，根据速度误差判断参数n的取值。
[0045]
一种电子设备，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程
序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行一种管道检测器速度控制方法。
[0046]
一种可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使处理器执行一种管道检测器速度控制方法。
[0047]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0048]
1、本发明通过旁通阀开度变化公式来调整旁通阀开度，在0.1s左右即可使检测器的速度达到设定值附近，且整个过程振动幅度小，实现了速度控制的快速、稳定调节。
[0049]
2、本发明对粒子群算法进行了改进，对c1、c2和ω增加了人为干扰的方式，避免陷入局部最优解，将模糊控制与粒子群算法结合，使三个参数不仅跟随时间进行变化，而且还会根据判断粒子是否陷入局部最优进行改变。
[0050]
3、本发明改进的粒子群算法一部分是根据迭代次数不断进行更新改变，另一部分是根据模糊控制判断粒子群是否陷入局部最优解，从而进行跳出局部范围，通过双重保证，可以使粒子群避免早熟收敛并且加快了收敛速度。
附图说明
[0051]
图1为本发明的速度控制曲线图。
[0052]
图2为本发明中管道检测器的结构简图。
[0053]
图3为本发明中旁通阀开度与压差的拟合曲线。
[0054]
图中：1、管道检测器；11、旁通阀；12、里程轮；2、管道。
具体实施方式
[0055]
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做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。
[0056]
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种管道检测器速度控制方法，包括如下步骤：s1、构建管道检测器在旁通阀不同开度下的流体模型；
[0057]
管道检测器1置于天然气管道内，开启管道检测器1的旁通阀11，通过压差驱动管道检测器1沿管道2行进；管道检测器1上的里程轮12可测量实时速度并反馈。构建旁通阀开度为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9以及全开状态下的流体模型。
[0058]
s2、收集不同旁通阀开度下的管道检测器前后压差数据。
[0059]
利用ansys中fluent软件对流体模型进行网格化，根据实际工作状况设计其流体仿真的参数，记录不同旁通阀开度下检测器的前后压力值，得到不同旁通阀开度下压差的数据表，表格如下：
[0060][0061]
将数据进行拟合，拟合曲线如图3所示，根据拟合曲线可知，旁通阀的开度与压差呈非线性关系，随着旁通阀开度的增加，压差逐渐减小。通过观察曲线发现，旁通阀开度在前半段变化时，压差变化的范围明显；当旁通阀开度在后半段变化时，压差变化不是很明显，因此为使得速度控制更加合理，需要使得检测器的开度处于较低值时变化趋势放缓，在开度处于较高值时变化趋势增加。
[0062]
s3、针对收集的数据建立旁通阀开度变化公式：
[0063][0064]
其中，表示在t时刻的旁通阀开度；
[0065]
表示t+1时刻的旁通阀开度；
[0066]
n的取值由检测器的设定速度以及实时速度的差值决定，当设定速度低于实际速度时，n取值为2，此时旁通阀开度增加，当设定速度高于实际速度时，n取值为1，此时旁通阀开度减小；
[0067]
k和c为参数，决定速度控制性能，后续寻优后得到最优解。
[0068]
s4、对步骤s3中的参数k和c进行优化处理，使其达到最优解。
[0069]
s41、采用改进的粒子群算法来优化处理得到参数k和c，定义：
[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时刻第i个粒子的速度；
[0073]
vi(t)表示t时刻第i个粒子的速度；
[0074]
xi(t+1)表示t+1时刻第i个粒子的位移；
[0075]
xi(t)表示t时刻第i个粒子的位移；
[0076]
c1和c2表示加速因子；
[0077]
δc1和δc2表示加速因子的变化值；
[0078]
r1和r2为[0,1]范围内的随机数；
[0079]
pi(t)表示经过t次迭代第i个粒子的最优位置；
[0080]
pg(t)表示经过t次迭代最优粒子的位置；
[0081]
δω表示惯性权重系数的变化值；
[0082]
ω表示惯性权重系数；
[0083]
ω＝[(ω
max-ω
min
)/2]cos(πq/q
max
)+(ω
max
+ω
min
)/2
[0084]
ω
max
表示惯性权重系数的最大值；
[0085]
ω
min
表示惯性权重系数的最大值；
[0086]
q表示当前的迭代次数；
[0087]qmax
表示最大迭代次数；
[0088]
ω和c1的值越大，c2的值越小，此时粒子群不易陷入局部最优解，当粒子群陷入局部最优解时要增大ω和c1，减小c2。
[0089]
初始搜索点的位置x0(t)及其速度v0(t)是在允许的范围内产生的，其中粒子的位置范围即为参数k和c的范围。每个粒子的pi(t)坐标设置为其当前位置，通过程序计算出当前所有粒子的适应度值，将适应度值最高的设置为pg(t)的位置。
[0090]
s42、更新ω的值，对于δω、δc1和δc2通过模糊计算得出，模糊控制的输入为总体标准偏差μ和迭代次数q，输出为惯性权重系数ω以及加速因子的变化值δc1和δc2。
[0091]
加速因子c1从大到小进行变化，加速因子c2从小到大进行变化。
[0092]
通过得出的粒子信息计算粒子群的总体标准偏差μ：
[0093][0094]
其中，μ表示粒子群的总体标准偏差；
[0095]
xi表示第i个粒子在第q次迭代时所处的位置；
[0096]
n表示粒子的个数；
[0097]
表示所有粒子的平均位置；
[0098]
s43、根据步骤s41中的公式计算下一代迭代粒子的适应度值，与当代迭代粒子的适应度值进行比较，取高者为pi(t)，当任意一粒子的pi(t)值高于pg(t)时，则将该粒子的pi(t)值更新为pg(t)值；
[0099]
s44、持续迭代直至当前迭代次数q达到最大迭代次数，停止迭代并输出最优解pg(t)，pg(t)的位置即为参数k和c的最优解。
[0100]
通过simulink构建速度控制模型，将参数k和c带入至速度控制模型中，根据速度误差判断参数n的取值。
[0101]
改进的粒子群算法产生的粒子交给simulink仿真得到适应值结果，然后将适应值结果返回到粒子群算法进行计算。粒子群算法适应值采用itae指标，采用sim函数把参数放入仿真模型中。
[0102]
如图1所示，采用本发明的速度控制方法后，在0.1s左右即可使检测器的速度达到设定值附近，且整个过程振动幅度小，实现了速度控制的快速、稳定调节。
[0103]
本技术的另一实施例为电子设备。
[0104]
该电子设备可以是可移动设备本身，或与其独立的单机设备，该单机设备可以与可移动设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号，并向其发送所选择的目标决策行为。
[0105]
电子设备包括一个或多个处理器和存储器。
[0106]
处理器可以是中央处理单元(cpu)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
[0107]
存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本技术的各个实施例的速度控制方法。
[0108]
在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置和输出装置，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构互连。例如，该输入设备可以包括例如车载诊断系统(obd)、摄像头、工业相机等各种设备。该输入设备还可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
[0109]
除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。
[0110]
本技术的又一实施例为还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述速度控制方法部分中描述的根据本技术各种实施例的速度控制步骤。
[0111]
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0112]
此外，本技术的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书中的速度控制方法。
[0113]
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储
器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0114]
以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
[0115]
本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0116]
还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
[0117]
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0118]
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。