基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统和方法

1.本发明属于电力电缆位置动态检测与控制技术领域，具体涉及一种基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统和方法。


背景技术：

2.交联聚乙烯电缆一般采用半干法悬链式三层共挤交联电缆生产线生产，首先通过三台挤出机同时挤出交联聚乙烯材料，并包裹在铜导体或铝导体上形成外围层，再将缆线通过牵引机送至由加热段、预冷段、冷却段组成的封闭管路。加热段悬链管路对缆线的三种不同交联聚乙烯材料进行高温加热，使其发生化学反应形成新的结构，以达到绝缘层对高压电的耐压性。在高温加热后，缆线通过牵引机送至预冷段、冷却段进行梯度冷却形成成品电缆。在缆线通过加热段悬链管路的过程中，为防止电缆线偏离管路中心与悬链管路发生摩擦，需要采用悬垂控制器对电缆的位置进行检测控制。
3.现有的悬垂控制器由发射装置，发射线圈，接收装置，接收线圈和配套走线组成。首先由发射装置的晶振振荡分频后产生高频信号，再经过整流、分频、放大电路将信号输入到发射线圈中；其次发射线圈接收信号后会产生同频的交变磁场，由于电缆的缆芯穿过发射线圈产生的交变磁场从而产生感应电动势，缆芯与分布式电容会形成回路激发出电流来；然后在激发的电流周围会产生磁场，该磁场穿过接收线圈又会产生一组感应电动势。此时若上下接收线圈的感应电动势有差值，则表明电缆线偏离管路中心位置，反之若上下接收线圈电动势接近或相等，则表明电缆线处于管路的中心位置。当电缆偏离管路中心位置时,plc通过接收线圈的电动势差值经过计算和pid算法控制，通过下牵引机的转速来调节电缆的位置，保证电缆始终处于管路的中心位置。悬垂在工作过程中，整条生产线的上、下牵引的转速理论上是一样的，实际上是有差异的，运行时以上牵引转速为基准，悬垂辅助调节下牵引的转速，保证电缆始终处于管路中心位置。
4.现有的悬垂控制系统通过电磁感应原理以发射线圈为发射源，并对接收线圈的上下线圈的电动势进行采样，通过plc应用传统pid算法来调控电缆位置。然而接收和发射装置采用的是传统模拟电路，抗干扰能力差，易受到工作现场同频段信号的干扰，零点易飘移，同时远距离传输信号衰减速度远大于数字电路。同理接收线圈和发射线圈也容易受到温湿度的影响以及同频段信号的干扰，容易造成电缆包裹层呈竹节状现象，影响电缆成品质量。plc作为运算单元，计算速度慢、经济成本高，精度也因采集数据传感器的线圈匝数、传输距离的影响而有所限制。此外传统pid算法的参数需要根据不同工作环境的条件手动调节，调试时间长，且对调试人员的经验要求高，人力和时间成本有待优化；另外传统pid算法的响应速度也相对较慢。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的悬垂控制系统的接收和发射装置采用的传统模拟电路，如通导分离电路、顶控制电路、底控制电路等等，用分立元件制作而成，性能不稳定，抗干扰能
力差，检测信号波动大，无法远距离传输信号以及算法调试人工成本和经验成本高等缺陷，本发明提供了一种基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统和方法，该系统通过对交联电缆和悬垂体上下端距离进行测量和差值运算并对pid参数进行算法优化，确保输出信号稳定可靠的思路而设计，能够以更快的速度调整电缆和管路的相对位置，且具有抗干扰能力强，数字化，零点不漂移，测量信号传输距离远，实时动态智能调节电缆位置的特点，保证电缆始终位于管路中心位置。
6.本发明通过如下技术方案实现：
7.基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统，包括激光雷达测距传感器组1、氮氧化铝透明板2、交联聚乙烯电缆3、mcu主控系统4、驱动器5、下牵引机6及不锈钢悬垂体7；所述激光雷达测距传感器组1分别从交联聚乙烯电缆3的正上、下方两个方向发射一组调制激光信号，交联聚乙烯电缆3贯穿在不锈钢悬垂体7中，氮氧化铝透明板2镶嵌在不锈钢悬垂体7中，调制激光信号垂直射入氮氧化铝透明板2，并穿过氮氧化铝透明板2抵达交联聚乙烯电缆3的表面，交联聚乙烯电缆3反射该调制激光信号，反射的信号穿过氮氧化铝透明板2由激光雷达测距传感器组1中的激光探测器接收；经过激光雷达测距传感器组1的内部电路，将激光雷达测距传感器组1中的上下两组激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆3的距离信息以数字信号的形式分别通过串口通信接入mcu主控系统4，mcu主控系统4通过对比两组数字信号的差值来判定交联聚乙烯电缆3是否处于不锈钢悬垂体7的中心位置，若不处于中心位置，由mcu主控系统4发送转速变换的指令给驱动器5，由驱动器5控制下牵引机6的转速，改变交联聚乙烯电缆3的前行速度，以此实现交联聚乙烯电缆3保持在不锈钢悬垂体7(相当于管路)的中心位置。
8.优选地，所述激光雷达测距传感器组1由两个激光雷达测距传感器组成，两个激光雷达测距传感器分别固定在不锈钢悬垂体7的正上方和正下方，且两个激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆3的距离是等距的。
9.优选地，所述氮氧化铝透明板2的材质是al2o
3-aln二元体系中的一种固溶体物相，其化学名称为alon，是一种高强度、耐高温的透明陶瓷，熔点为2200摄氏度，弯曲强度为300mpa。
10.优选地，所述交联聚乙烯电缆3，是一种以交联聚乙烯为绝缘层主要材料的立体网状结构的新型高压电缆，采用半干法悬链式三层共挤交联电缆生产线生产，使用三台挤出机同时挤出三种性质不同的交联聚乙烯材料，包裹在铜导体或铝导体上，经过封闭管路加热，交联聚乙烯添加交联剂dcp后发生化学交联反应，可提高电缆的耐压等级，经冷却段冷却，最终电缆成品由牵引机牵引收盘。
11.优选地，所述mcu主控系统4，选取的是意法半导体的stm32f103型号的芯片作为主控芯片，最高工作频率可达72mhz，使用的是基于armv7-m体系结构的32位精简指令集。
12.另一方面，本发明还提供了基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统的控制方法，具体包括如下步骤：
13.s1：激光雷达测距传感器装置采集距离信号；
14.由激光雷达测距传感器组1分别从交联聚乙烯电缆3的正上、下方两个方向发射一组调制激光信号，调制激光信号垂直射入氮氧化铝透明板2，并穿过氮氧化铝透明板2抵达交联聚乙烯电缆3的表面，交联聚乙烯电缆3反射该调制激光信号，反射的信号穿过氮氧化
铝透明板2由激光雷达测距传感器组1中的激光探测器接收；
15.s2：mcu主控系统接收信号；
16.经过激光雷达测距传感器组1的内部电路，将激光雷达测距传感器组1中的上下两组激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆的距离信息以数字信号的形式分别通过串口通信接入mcu主控系统4；
17.s3：mcu主控系统处理信号；
18.mcu主控系统4通过对比两组数字信号的差值来判定交联聚乙烯电缆3是否处于不锈钢悬垂体7的中心位置；若两组数字信号的差值小于设定的差值范围则无需调整下牵引机6的转速；若两组数字信号的差值大于设定的差值范围，则通过混合pso算法对pid算法进行优化参数整定，通过优化后的pid算法计算出合理的下牵引机转速调控指令；
19.s4：发送控制信号；
20.mcu主控系统将转速变换的指令通过rs-232通讯协议接口传输至驱动器，驱动器通过profibus通讯协议，将转速变换的指令传递给下牵引机，改变交联聚乙烯电缆的前行速度，从而实现交联聚乙烯电缆始终保持在不锈钢悬垂体的中心位置。
21.优选地，步骤s3中，通过混合pso算法对pid算法进行优化参数整定，具体包括如下内容：
22.混合pso算法模仿鸟类觅食的策略，通过对个体最优、局部最优和群体最优的函数关系推断个体速度，进而推断下一时间单位的个体的位置，其公式如下：
[0023][0024][0025][0026][0027][0028]
公式(1)中v0表示上一次粒子的速度，v
(j)
表示本次粒子需要更新的速度，p
(j)
,pg,分别表示个体最优解，群体最优解和局部最优解，c1，c2，和w是惯性权重，需要人为设置，rand为随机量，由微控处理器生成，x
(j)
表示当前时刻的该粒子的位置，j表示第j个粒子；
[0029]
公式(2)中x表示粒子的位置，k表示迭代次数，根据上文对j的解释，表示第k次迭代，粒子j的位置，同理，dt表示仿真的最小时间单位；
[0030]
公式(3)、(4)、(5)中，f表示自适应函数，k和j的含义同公式(2)中一样，p
(j)
,pg,的含义同公式(1)一样，其他符号以此类推，不再赘述。
[0031]
与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0032]
1、本发明的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统，摒弃采用电磁感应原理的模拟电路采集电缆位置信号的传统方式，直接采用激光雷达传感器采集距离信息
并反馈数字信号给mcu做差值计算和校正，相比传统采集方式，系统结构简单，稳定可靠，测量信号传输距离更远，调节速度更快，抗干扰能力更强；
[0033]
2、该系统采用透明、高强度、耐高温的氮氧化铝透明板，管路可视性高，能够有效的隔离激光雷达测距传感器组和交联聚乙烯电缆；其熔点为2200摄氏度，远高于交联电缆生产线工作的最高温度，因此不会因生产线管路温度过高而融化；最后，其拥有良好的电绝缘性能，保证了不会因管路高压而损毁激光雷达测距传感器组或伤害现场操作人员；
[0034]
3、该系统采用的mcu主控系统替换传统plc控制器，功耗更低，成本更低，mcu为高度集成微控单元，相比传统模拟电路板，信号运算处理功能更强大，不受外界信号干扰；
[0035]
4、本发明悬垂系统检测控制电缆位置更加稳定可靠，实时动态智能跟踪检测，智能信号处理，实时动态智能控制电缆的位置，保证电缆始终处于管路中心位置；
[0036]
5、激光雷达的传感器数据可通过加增模块实现远距离传输，适配交联电缆生产线纵深大，需要远距离传输的特点。
[0037]
6、本发明的控制方法，通过混合pso算法对pid算法做优化参数整定，实现pid的智能调参，同时克服了pso易局部收敛的缺陷，输出信号更加精确，更加稳定。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0039]
图1为本发明的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统的结构示意图；
[0040]
图2为本发明的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统的使用示意图；
[0041]
图3为本发明的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统的控制方法的流程示意图；
[0042]
图中：激光雷达测距传感器组1、氮氧化铝透明板2、交联聚乙烯电缆3、mcu主控系统4、驱动器5、下牵引机6、不锈钢悬垂体7、上牵引机8。
具体实施方式
[0043]
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围
[0044]
需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0045]
实施例1
[0046]
如图1所示，为本实施例的一种采用激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统的结构示意图，所述系统包括激光雷达测距传感器组1、氮氧化铝透明板2、交联聚乙烯电缆3、mcu主控系统4、驱动器5、下牵引机6及不锈钢悬垂体7；所述激光雷达测距传感器组1由两个激光雷达测距传感器组成，两个激光雷达测距传感器分别固定在不锈钢悬垂体7的正
上方和正下方，且两个激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆3的距离是等距的；激光雷达测距传感器组1分别从交联聚乙烯电缆3的正上、下方两个方向发射一组调制激光信号，交联聚乙烯电缆3贯穿在不锈钢悬垂体7中，氮氧化铝透明板2镶嵌在不锈钢悬垂体7中，调制激光信号垂直射入氮氧化铝透明板2，并穿过氮氧化铝透明板2抵达交联聚乙烯电缆3的表面，交联聚乙烯电缆3反射该调制激光信号后，反射的信号穿过氮氧化铝透明板2由激光雷达测距传感器组1中的激光探测器接收，经过激光雷达测距传感器组1的内部电路后，将激光雷达测距传感器组1中的上下两个激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆3的距离信息以数字信号的形式分别通过串口通信接入mcu主控系统4，mcu主控系统4通过对比两组数字信号的差值来判定电缆是否处在不锈钢悬垂体7的中心位置，两组数字信号的差值小于设定的差值范围则无需调整目前的下牵引机转速，但若两组数字信号的差值大于设定的差值范围，则通过混合pso算法对pid算法的参数进行整定，在确定pid算法的参数后，通过pid算法计算出合理的下牵引机6的转速调控指令，mcu主控系统4则会将转速变换的指令通过rs-232通讯协议接口传输至驱动器5，驱动器5通过profibus通讯协议，将转速变换的指令传递给下牵引机6改变交联聚乙烯电缆3的前行速度，以此实现交联聚乙烯电缆3始终保持在不锈钢悬垂体7的中心位置。
[0047]
在本实施例中，所述激光雷达选用北醒tf350激光雷达，其测距范围再0.1-350m，分辨率1mm，是一种单点测距雷达；电缆为8.7/10kv的交联聚乙烯电缆；下牵引机选用30kn履带牵引机，最大牵引力30kn，最大牵引电缆直径100mm，电机功率15kw，速度在0-28m/min可调。
[0048]
在本实施例中，所述激光雷达测距传感器组1由两个激光雷达测距传感器组成，其中每个激光雷达测距传感器分别固定在不锈钢悬垂体7的正上方和正下方；两个收集到的距离信号在后续数据处理时会进行差值计算，差值的绝对值在小于特定常量时不做调节指令的输出，反之则进行调节指令输出，保证交联聚乙烯电缆3位于不锈钢悬垂体7中心位置。因为交联聚乙烯电缆3由上牵引机8和下牵引机6掐住两端，在重力作用下处于悬链张力状态，交联聚乙烯电缆3左右方向上不受力，无需考虑交联聚乙烯电缆3会左右偏移的情况，因此水平两侧无需加装激光雷达测距传感器。同时，所述激光雷达测距传感器组1使用的是数字信号，可通过加增模块实现远距离传输，适配交联电缆生产线纵深大，需要远距离传输的特点；其装配示意图如图2所示。
[0049]
在本实施例中，所述氮氧化铝透明板2的材质是al2o
3-aln二元体系中的一种固溶体物相，是一种透明的多晶陶瓷，具有光学各向同性，能够很好地满足透光的功能，此外其硬度是石英玻璃的4倍，弯曲强度达300mpa，能够有效的隔离激光雷达测距传感器组1和交联聚乙烯电缆3，其熔点为2200摄氏度，远高于交联电缆生产线工作的最高温度，且其拥有良好的电绝缘性能。激光雷达测距传感器组1发射的调制激光经过氮氧化铝透明板2垂直射入交联聚乙烯电缆3正上方和正下方，反射的调制激光信号由发射该激光信号的激光雷达测距传感器的激光探测器接收。
[0050]
在本实施例中，所述交联聚乙烯电缆3，是一种以交联聚乙烯为绝缘层主要材料的立体网状结构的新型高压电缆，采用半干法悬链式三层共挤交联电缆生产线生产(简称ccv)，使用三台挤出机同时挤出三种性质不同的交联聚乙烯材料，包裹在铜导体或铝导体上，经过封闭管路加热，交联聚乙烯(添加交联剂dcp)发生化学交联反应，提高电缆的耐压
等级，经冷却段冷却，最终电缆成品由牵引机牵引收盘。
[0051]
在本实施例中，所述mcu主控系统4，选取的是意法半导体的stm32f103型号的芯片作为主控芯片，其外设包括从芯片引出的串口外设管脚和rs-232接口，串口外设的管脚用于将两组激光雷达测距传感器组1的数字信号进行采集，rs-232接口则用于和驱动器5通信。mcu系统计算上下两组激光雷达测距传感器1到交联聚乙烯电缆3的距离信息差值，并将两组数字信号的差值与设定信号的差值进行对比，来判断交联聚乙烯电缆3是否处于不锈钢悬垂体7的中心位置。mcu为高度集成芯片，功能强大，不受外界信号干扰。现有的悬垂控制系统的接收和发射装置采用的传统模拟电路，用分立元件制作而成，性能不稳定，抗干扰能力差，易受到工业现场同频段信号的干扰，零点易飘移。
[0052]
实施例2
[0053]
如图3所示，为本实施例的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统的控制方法的流程示意图，所述控制方法具体包括如下步骤：
[0054]
s1：激光雷达测距传感器装置采集距离信号；
[0055]
由激光雷达测距传感器组1分别从交联聚乙烯电缆3的正上、下方两个方向发射一组调制激光信号，调制激光信号垂直射入氮氧化铝透明板2，并穿过氮氧化铝透明板2抵达交联聚乙烯电缆3的表面，交联聚乙烯电缆3反射该调制激光信号，反射的信号穿过氮氧化铝透明板2由激光雷达测距传感器组1中的激光探测器接收；
[0056]
s2：mcu主控系统接收信号；
[0057]
经过激光雷达测距传感器组1的内部电路，将激光雷达测距传感器组1中的上下两组激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆的距离信息以数字信号的形式分别通过串口通信接入mcu主控系统4；
[0058]
s3：mcu主控系统处理信号；
[0059]
mcu主控系统4通过对比两组数字信号的差值来判定交联聚乙烯电缆3是否处于不锈钢悬垂体7的中心位置；若两组数字信号的差值小于设定的差值范围则无需调整下牵引机6的转速；若两组数字信号的差值大于设定的差值范围，则通过混合pso算法对pid算法进行优化参数整定，通过优化后的pid算法计算出合理的下牵引机转速调控指令。
[0060]
s4：发送控制信号；
[0061]
mcu主控系统将转速变换的指令通过rs-232通讯协议接口传输至驱动器，驱动器通过profibus通讯协议，将转速变换的指令传递给下牵引机，改变交联聚乙烯电缆的前行速度，从而实现交联聚乙烯电缆始终保持在不锈钢悬垂体的中心位置。
[0062]
在本实施例中，通过混合pso算法对pid算法进行优化参数整定，具体包括如下内容：
[0063]
混合pso算法模仿鸟类觅食的策略，通过对个体最优、局部最优和群体最优的函数关系推断个体速度，进而推断下一时间单位的个体的位置，其公式如下：
[0064][0065][0066]
[0067][0068][0069]
公式(1)中v0表示上一次粒子的速度，v
(j)
表示本次粒子需要更新的速度，p
(j)
,pg,分别表示个体最优解，群体最优解和局部最优解，c1，c2，和w是惯性权重，需要人为设置，rand为随机量，由微控处理器生成，x
(j)
表示当前时刻的该粒子的位置，j表示第j个粒子；
[0070]
公式(2)中x表示粒子的位置，k表示迭代次数，根据上文对j的解释，表示第k次迭代，粒子j的位置，同理，dt表示仿真的最小时间单位；
[0071]
公式(3)、(4)、(5)中，f表示自适应函数，k和j的含义同公式(2)中一样，p
(j)
,pg,的含义同公式(1)一样，其他符号以此类推，不再赘述。
[0072]
该算法可以在设定的范围内自动的计算出pid的最优参数，降低了人工调试需要的经验成本和时间成本，同时与传统pso算法对比，混合pso不易陷入局部最优解，能使整定参数尽可能的最优化，根据以上的优势特点，本发明最终选用该算法作为pid的参数优化整定方法。混合pso算法优化了pid参数，使输出的信号更加精确，更加稳定，有效提高了电缆的品质。
[0073]
在由pid算法得到指令后，mcu主控系统4则会将转速变换的指令通过rs-232通讯协议接口传输至驱动器5，驱动器5通过profibus通讯协议，将转速变换的指令传递给下牵引机6改变交联聚乙烯电缆3的前行速度，以此实现交联聚乙烯电缆3始终动态位于不锈钢悬垂体7的中心位置。
[0074]
本实施例的悬垂系统检测控制电缆位置更加稳定可靠，实时动态智能跟踪检测，智能信号处理，实时动态智能控制电缆的位置，保证电缆始终处于管路中心位置。
[0075]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0076]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0077]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统，其特征在于，包括激光雷达测距传感器组(1)、氮氧化铝透明板(2)、交联聚乙烯电缆(3)、mcu主控系统(4)、驱动器(5)、下牵引机(6)及不锈钢悬垂体(7)；所述激光雷达测距传感器组(1)分别从交联聚乙烯电缆(3)的正上、下方两个方向发射一组调制激光信号，交联聚乙烯电缆(3)贯穿在不锈钢悬垂体(7)中，氮氧化铝透明板(2)镶嵌在不锈钢悬垂体(7)中，调制激光信号垂直射入氮氧化铝透明板(2)，并穿过氮氧化铝透明板(2)抵达交联聚乙烯电缆(3)的表面，交联聚乙烯电缆(3)反射该调制激光信号，反射的信号穿过氮氧化铝透明板(2)由激光雷达测距传感器组(1)中的激光探测器接收；经过激光雷达测距传感器组(1)的内部电路，将激光雷达测距传感器组(1)中的上下两组激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆的距离信息以数字信号的形式分别通过串口通信接入mcu主控系统(4)，mcu主控系统(4)通过对比两组数字信号的差值来判定交联聚乙烯电缆(3)是否处于不锈钢悬垂体(7)的中心位置，若不处于中心位置，由mcu主控系统(4)发送转速变换的指令给驱动器(5)，由驱动器(5)控制下牵引机(6)的转速，改变交联聚乙烯电缆(3)的前行速度，以此实现交联聚乙烯电缆(3)保持在不锈钢悬垂体(7)的中心位置。2.如权利要求1所述的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统，其特征在于，所述激光雷达测距传感器组(1)由两个激光雷达测距传感器组成，两个激光雷达测距传感器分别固定在不锈钢悬垂体(7)的正上方和正下方，且两个激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆(3)的距离是等距的。3.如权利要求1所述的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统，其特征在于，所述氮氧化铝透明板(2)的材质是al2o
3-aln二元体系中的一种固溶体物相，其化学名称为alon，是一种耐高温的透明陶瓷。4.如权利要求1所述的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统，其特征在于，所述交联聚乙烯电缆(3)，是一种以交联聚乙烯为绝缘层主要材料的立体网状结构的新型高压电缆，采用半干法悬链式三层共挤交联电缆生产线生产，使用三台挤出机同时挤出三种性质不同的交联聚乙烯材料，包裹在铜导体或铝导体上，经过封闭管路加热，交联聚乙烯添加交联剂dcp后发生化学交联反应，可提高电缆的耐压等级，经冷却段冷却，最终电缆成品由牵引机牵引收盘。5.如权利要求1所述的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统，其特征在于，所述mcu主控系统(4)，选取的是意法半导体的stm32f103型号的芯片作为主控芯片，最高工作频率可达72mhz，使用的是基于armv7-m体系结构的32位精简指令集。6.如权利要求1所述的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：s1：激光雷达测距传感器装置采集距离信号；由激光雷达测距传感器组(1)分别从交联聚乙烯电缆(3)的正上、下方两个方向发射一组调制激光信号，调制激光信号垂直射入氮氧化铝透明板(2)，并穿过氮氧化铝透明板(2)抵达交联聚乙烯电缆(3)的表面，交联聚乙烯电缆(3)反射该调制激光信号，反射的信号穿过氮氧化铝透明板(2)由激光雷达测距传感器组(1)中的激光探测器接收；s2：mcu主控系统接收信号；
经过激光雷达测距传感器组(1)的内部电路，将激光雷达测距传感器组(1)中的上下两组激光雷达测距传感器到交联聚乙烯电缆的距离信息以数字信号的形式分别通过串口通信接入mcu主控系统(4)；s3：mcu主控系统处理信号；mcu主控系统(4)通过对比两组数字信号的差值来判定交联聚乙烯电缆(3)是否处于不锈钢悬垂体(7)的中心位置；若两组数字信号的差值小于设定的差值范围则无需调整下牵引机(6)的转速；若两组数字信号的差值大于设定的差值范围，则通过混合pso算法对pid算法进行优化参数整定，通过优化后的pid算法计算出合理的下牵引机转速调控指令。s4：发送控制信号；mcu主控系统将转速变换的指令通过rs-232通讯协议接口传输至驱动器，驱动器通过profibus通讯协议，将转速变换的指令传递给下牵引机，改变交联聚乙烯电缆的前行速度，从而实现交联聚乙烯电缆始终保持在不锈钢悬垂体的中心位置。7.如权利要求6所述的基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统的控制方法，其特征在于，步骤s3中，通过混合pso算法对pid算法进行优化参数整定，具体包括如下内容：混合pso算法模仿鸟类觅食的策略，通过对个体最优、局部最优和群体最优的函数关系推断个体速度，进而推断下一时间单位的个体的位置，其公式如下：推断个体速度，进而推断下一时间单位的个体的位置，其公式如下：推断个体速度，进而推断下一时间单位的个体的位置，其公式如下：推断个体速度，进而推断下一时间单位的个体的位置，其公式如下：推断个体速度，进而推断下一时间单位的个体的位置，其公式如下：公式(1)中v0表示上一次粒子的速度，v
(j)
表示本次粒子需要更新的速度，p
(j)
,p
g
,分别表示个体最优解，群体最优解和局部最优解，c1，c2，和w是惯性权重，需要人为设置，rand为随机量，由微控处理器生成，x
(j)
表示当前时刻的该粒子的位置，j表示第j个粒子；公式(2)中x表示粒子的位置，k表示迭代次数，根据上文对j的解释，表示第k次迭代，粒子j的位置，同理，dt表示仿真的最小时间单位；公式(3)、(4)、(5)中，f表示自适应函数，k和j的含义同公式(2)中一样，p
(j)
,p
g
,的含义同公式(1)一样，其他符号以此类推，不再赘述。

技术总结
本发明公开了基于激光雷达测距进行差值校正的数字化悬垂系统和方法，属于电力电缆位置动态检测与控制技术领域，本发明直接在电缆的正上、下方两处等距的安装激光雷达传感器组透过氮氧化铝透明板进行电缆位置到激光传感器位置距离的测量，自动生成两组距离信息，并将数据传输给MCU主控单元。通过MCU主控单元对两路测距信号的对比，两个测距信号差值超过设定常量则触发混合PSO算法对PID算法进行优化参数整定，通过MCU中的PID算法输出信号控制牵引机的转速，进而调整电缆在悬垂体中的位置，从而达到更快速、精度更高的电缆位置的调控。该系统实现了电缆位置信号的采集和控制信号的输出；利用了混合PSO算法整定PID的自动化特性，实现了PID调参的智能化。实现了PID调参的智能化。实现了PID调参的智能化。


技术研发人员：张歆东 王雨楠
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/23