[發(fā)明專利]BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制的鍋爐液位控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110265701.8
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112947606A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭清;曲嘉;孫蓉;宋洋;唐明
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 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

本發(fā)明屬于自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制的鍋爐液位控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制的鍋爐液位控制系統(tǒng)包括定值器、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制器和壓力傳感器，壓力傳感器測取的鍋爐實際液位與定值器輸入的給定量比較后的差值輸入至BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制器中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制器輸出調(diào)節(jié)量控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)對鍋爐液位的定值控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊合理，工作性能良好。本發(fā)明采用基于非線性預(yù)測模型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，具有更好的控制精度與控制效果，抗干擾性和適應(yīng)性都相對較高，適用于控制大規(guī)模液位控制系統(tǒng)，如核電站立式蒸汽發(fā)生器水位控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制的鍋爐液位控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

鍋爐液位系統(tǒng)是帶有滯后的非線性時變控制系統(tǒng)，意味著鍋爐液位隨時間的變化而不斷變化，同時滯后對鍋爐液位系統(tǒng)動態(tài)性能的影響很大。由于鍋爐液位系統(tǒng)總具有滯后的特性，當從干擾產(chǎn)生到被控制量起變化，需要一定長的時間；而被控制量變化后通過調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)作用又要經(jīng)歷一段時間。因此，被控參數(shù)要到達新的穩(wěn)定狀態(tài)就要經(jīng)歷相當長的時間。鍋爐液位系統(tǒng)的滯后越大，則被控參數(shù)變化的幅度也越大，偏差持續(xù)的時間也越長。

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制的鍋爐液位系統(tǒng)及其控制方法，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近能力和非線性預(yù)測模型的自學(xué)習、自適應(yīng)能力，通過兩者的有機結(jié)合尋找一個最佳的P、I、D非線性組合控制律，降低鍋爐液位誤差造成不必要的能量損失。

采用非線性預(yù)測模型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，能夠盡可能提高預(yù)測的精度，這種非線性預(yù)測方法尤其適合于受多種不確定性因素影響而很難建立確定的預(yù)測模型的鍋爐液位控制需求預(yù)測。該控制方法能很好地跟蹤鍋爐液位的系統(tǒng)目標設(shè)定值，提升了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型精度、自我預(yù)測修正和抗干擾能力，并且具有更好的適應(yīng)性和魯棒性，最終達到滿意的鍋爐液位控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制的鍋爐液位控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：包括定值器、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制器中；所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制器的輸出端與控制鍋爐液位的變頻器連接，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制器輸出調(diào)節(jié)量控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)對鍋爐液位的定值控制。

本發(fā)明的目的還在于提供一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID預(yù)測控制的鍋爐液位控制方法。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：包括以下步驟：

步驟1：初始化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)定輸入層與隱含層之間的連接權(quán)值ω_ij的初始值、輸出層與隱含層之間的連接權(quán)值ω_j1的初始值、學(xué)習速率η和動量因子α；初始化k＝1；

所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層和輸出層，輸入層有n_y+n_u+1個節(jié)點，隱含層有q個節(jié)點，輸出層有一個節(jié)點；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)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(shù)；

輸入層各節(jié)點的輸出為：