[發(fā)明專利]一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210544383.X
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103015981A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐立軍;陳健軍;徐文峰;曹章;蔣昌華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: E21B47/047
• 分類號: E21B47/047;G06N3/12
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1.一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：記錄優(yōu)化對象“侵入式”多環(huán)電極陣列傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，外殼（1）半徑為r_out，中心軸（2）半徑為r_in，有N個支撐臂（3），各電極（4）投影到與中心軸垂直的平面上，形成n個環(huán)，各個環(huán)由外而內(nèi)的半徑依次為r₁，r₂，…,r_n，每個環(huán)上有N個等角間距的電極，從外環(huán)到內(nèi)環(huán)按逆時針進行編號，各電極投影到與中心軸垂直的平面上；

步驟二：將多環(huán)電極陣列傳感器旋轉(zhuǎn)至1號電極置于最底端的位置，以多環(huán)電極陣列傳感器中心為原點建立直角坐標(biāo)系，第i環(huán)j號電極的y軸坐標(biāo)為

Dj=ricos(2(j-1)Nπ)]]>

并將其按從小到大進行排序得到遞增序列{d₁,d₂,…,d_n·N}，并計算每兩個y軸坐標(biāo)相鄰的電極之間的垂直距離η_j：

ηj=dj-dj-1;η1=d1-(-rout);ηn·N=rout-dn·N.]]>

其中，i＝1,2,…,n;j＝1,2,…,n·N.

步驟三，將多環(huán)電極陣列傳感器旋轉(zhuǎn)至外環(huán)編號最小和最大的兩個電極對稱地置于最底端的位置，以多環(huán)電極陣列傳感器中心為原點建立直角坐標(biāo)系，第i環(huán)j號電極的y軸坐標(biāo)為

Hj=ricos(2(j-1)+1Nπ),]]>

并將其按從小到大進行排序得到遞增序列{h₁,h₂,…,h_n·N}，并計算每兩個y軸坐標(biāo)相鄰的電極之間的垂直距離λ_j：

λj=hj-hj-1;λ1=h1-(-rout);λn·N=rout-hn·N.]]>

其中，i＝1,2,…,n;j＝1,2,…,n·N.

步驟四，根據(jù)上述多環(huán)電極陣列傳感器旋轉(zhuǎn)至的兩個位置，可計算得電學(xué)探針法探測油水分界面高度的最大誤差關(guān)于各環(huán)半徑r₁,r₂,…,r_n的函數(shù):

Error(r1,r2,...,rn)=14routmax{η1,η2,...,ηn·N,λ1,λ2,...,λn·N}]]>

其中，max{}表示求數(shù)組元素最大值的函數(shù)；

步驟五，構(gòu)造尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)，且根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)要求確定尋優(yōu)參數(shù){r₁,r₂,…,r_n}的約束條件：

minimize?Error(r₁,r₂,…,r_n)

subjecttorin≤rn≤rn-1≤...≤r1≤routri-ri+1≥Δr]]>

步驟六，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)編寫相應(yīng)的遺傳算法：先進行初始化，設(shè)置進化代數(shù)計數(shù)器t=0，設(shè)置最大進化代數(shù)，種群規(guī)模，交配概率，變異概率，搜素精度，隨機生成初始群體P(0)；然后設(shè)定計算群體P(t)中各個個體的適應(yīng)度；接著進行選擇運算、交叉運算、變異運算之后得到下一代群體；最后若達(dá)到搜素精度，則以該次進化得到的個體作為最優(yōu)解輸出，終止計算；否則按達(dá)到最大進化代數(shù)，以進化過程中所得到的具有最大適應(yīng)度個體作為最優(yōu)解輸出，終止計算。

步驟七，得到使得目標(biāo)函數(shù)最小的最優(yōu)參數(shù)值，調(diào)整各環(huán)半徑大小，以達(dá)到對傳感器進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。