神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID在梗絲分離系統(tǒng)中的應(yīng)用

王光舉江義淵彭忠勇袁國安張振峰

（1.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司貴陽卷煙廠，貴州 貴陽550000；2.湖南核三力工程技術(shù)有限公司，湖南 衡陽 421001）

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID在梗絲分離系統(tǒng)中的應(yīng)用

王光舉1江義淵1彭忠勇2袁國安2張振峰2

（1.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司貴陽卷煙廠，貴州 貴陽550000；2.湖南核三力工程技術(shù)有限公司，湖南 衡陽 421001）

針對采用常規(guī)PID控制方案來減少或消除被控量的偏差，在梗絲分離系統(tǒng)中的效果不是很理想，很難滿足工藝提出的要求。從而提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID的控制方案應(yīng)用于梗絲分離系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用顯示，梗絲分離效果良好，分離成功率達(dá)到80% 以上。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；PID；梗絲分離

目前，采用常規(guī)的PID控制方式，其調(diào)節(jié)參數(shù)通過現(xiàn)場摸索確定一組固定的數(shù)值，去適應(yīng)各種工況下的運(yùn)行狀態(tài)，這種方式對于各種工況下要達(dá)到好的控制效果并不容易。針對常規(guī)PID的不足，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行處理、自學(xué)習(xí)、逼近任意非線性函數(shù)的特性，可以在線實(shí)時調(diào)整參數(shù)，從而找到PID控制下最優(yōu)的調(diào)節(jié)參數(shù)。基于該思路，設(shè)計(jì)了一套新的梗絲在線分離回收控制系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1　梗絲在線分離回收系統(tǒng)

梗絲在線分離回收系統(tǒng)，主要由五個部分組成：風(fēng)機(jī)、除塵器、分離裝置、風(fēng)速調(diào)控裝置和管網(wǎng)。

風(fēng)機(jī)電動機(jī)采用變頻器來驅(qū)動，系統(tǒng)主管上安裝壓力傳感器，采用PI閉環(huán)恒壓控制技術(shù)，控制變頻器的輸出頻率來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的主管壓力穩(wěn)定。

控制器采用西門子S7-414型PLC，風(fēng)速調(diào)控裝置包含風(fēng)速測量裝置，風(fēng)速調(diào)節(jié)閥。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制技術(shù)，控制風(fēng)速調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)分離裝置的風(fēng)速穩(wěn)定。

2　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原因是針對系統(tǒng)的非線性、不確定性和復(fù)雜性。出于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力，并行處理能力和魯棒性可以在一定程度上解決傳統(tǒng)PID控制器不易進(jìn)行在線實(shí)時參數(shù)整定等方面的缺陷，充分發(fā)揮PID控制的優(yōu)點(diǎn)，使得采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1控制算法

分時間常數(shù)；為微分時間常數(shù)。

相應(yīng)的離散算式如下：

式（2）中，e(k)為第k次采樣的輸入偏差值，u(k)為第k次采樣時刻的輸出值。

圖2. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器

其網(wǎng)絡(luò)的輸入為：

2.2程序控制流程

在本系統(tǒng)中，把系統(tǒng)的各種功能分成若干部分，對每一部分控制功能編制相對獨(dú)立的程序塊，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法，根據(jù)反饋風(fēng)速，調(diào)整風(fēng)速調(diào)節(jié)閥開度，控制分離裝置回塵支管風(fēng)速穩(wěn)定在工藝要求的風(fēng)速范圍內(nèi)。

3　實(shí)驗(yàn)情況

本控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室從適應(yīng)能力和穩(wěn)定性兩個方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和測試。

3.1系統(tǒng)適應(yīng)能力測試

連續(xù)的改變風(fēng)速的給定值，測試控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力。響應(yīng)效果圖如圖3所示：

圖3. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制響應(yīng)速度效果圖

由圖3可以看出，響應(yīng)值的斜率變化與目標(biāo)值的斜率變化一致，響應(yīng)值與目標(biāo)值的最大誤差為：1.4m/s，最小誤差為：0.3m/s。系統(tǒng)的適應(yīng)效果較好。

3.2系統(tǒng)穩(wěn)定性測試

圖4.風(fēng)速穩(wěn)定性效果圖

4　結(jié) 論

結(jié)果表明，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的梗絲分離系統(tǒng)具有良好的控制性能，從而保證了梗絲分離的效果。另外，通過此次應(yīng)用，避免了普通PID控制方法完全依賴人工經(jīng)驗(yàn)的局限性，提升了控制系統(tǒng)的控制效果，此方法值得推廣。

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（責(zé)任編校：何俊華）

TH12

A

1673-2219（2015）05-0128-02

2014－12－05

王光舉（1963－），工程師，主要從事卷煙生產(chǎn)企業(yè)管理和工藝設(shè)備的電氣類重大技術(shù)改造工作。