[發明專利]BP神經網絡PID預測控制的鍋爐液位控制系統及方法

在審

• 申請號: 202110265701.8
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112947606A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 郭清;曲嘉;孫蓉;宋洋;唐明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D9/12
• 分類號: G05D9/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種BP神經網絡PID預測控制的鍋爐液位控制系統，其特征在于：包括定值器、BP神經網絡PID預測控制器和壓力傳感器；所述的定值器輸入對鍋爐液位的給定量；所述的壓力傳感器測取鍋爐的實際液位高度值；所述的壓力傳感器和定值器與BP神經網絡PID預測控制器的輸入端連接，壓力變送器將壓力傳感器測取的鍋爐實際液位高度值與定值器輸入的給定量比較后的差值輸入至BP神經網絡PID預測控制器中；所述的BP神經網絡PID預測控制器的輸出端與控制鍋爐液位的變頻器連接，BP神經網絡PID預測控制器輸出調節量控制變頻器的輸出頻率，實現對鍋爐液位的定值控制。

2.基于權利要求1所述的一種BP神經網絡PID預測控制的鍋爐液位控制系統的一種BP神經網絡PID預測控制的鍋爐液位控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：初始化BP神經網絡，設定輸入層與隱含層之間的連接權值ω_ij的初始值、輸出層與隱含層之間的連接權值ω_j1的初始值、學習速率η和動量因子α；初始化k＝1；

所述的BP神經網絡包括輸入層、隱含層和輸出層，輸入層有n_y+n_u+1個節點，隱含層有q個節點，輸出層有一個節點；BP神經網絡的輸出變量可表示為：

y(k)＝f[y(k-1)，y(k-2)，…，y(k-n_y)，u(k-1)，u(k-2)，…，u(k-n_u)]

其中，y(k)、u(k)分別表示系統的輸出和輸入；n_y、n_u分別為{y}和{u}的階次；f(·)為非線性函數；

輸入層各節點的輸出為：

隱含層各節點的輸出為：

輸出層節點的輸出為：

步驟2：計算e(k)＝y_s(k)-y(k)；y_s(k)為定值器輸入的對鍋爐液位的給定量；

步驟3：對e(k)進行歸一化處理，作為BP神經網絡的輸入；

步驟4：前向計算BP神經網絡的各層的輸出，得到PID控制器的三個可調參數K_P(k)、K_I(k)、K_D(k)；

其中，輸出層激勵函數為g(x)＝[1+tanh(x)]/2；tanh(x)為選擇雙曲線函數；

步驟5：計算PID控制器的輸出u(k)；

u(k)＝u(k-1)+K_P[e(k)-e(k-1)]+K_Ie(k)+K_D[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

步驟6：計算BP神經網絡模型的各層的輸出，得到計算BP神經網絡輸入層與隱含層之間的連接權值ω_ij的修正值ω_j1(k+1)、輸出層與隱含層之間的連接權值ω_j1的修正值ω_ij(k+1)；

ω_j1(k+1)＝ω_j1(k)+Δω_j1(k+1)

ω_ij(k+1)＝ω_ij(k)+Δω_ij(k+1)

步驟7：計算預測輸出

步驟8：判斷偏差e(k)是否滿足控制精度誤差；若不滿足，則令k＝k+1，返回步驟2；否則，將預測輸出傳輸給變頻器，實現對鍋爐液位控制。