基于CMAC的過熱蒸汽溫度控制.ppt

1、,基于CMAC的過熱蒸汽溫度控制研究,姓名：蹇彪 學(xué)號(hào)：06041432 指導(dǎo)老師：陳明杰,Harbin Engineering University,報(bào)告的主要內(nèi)容,一、介紹課題研究目的、意義、背景 二、介紹課題的主要研究內(nèi)容 三、本課題的研究結(jié)論,一、課題的研究背景及意義,在船舶蒸汽動(dòng)力裝置中，過熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分損壞;過熱蒸汽溫度過低，會(huì)引起熱耗上升，并使汽輪機(jī)軸向推力增大而造成推力軸承過載，還會(huì)引起汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽溫度增加，從而降低蒸汽機(jī)的內(nèi)效率，加劇對(duì)葉片的侵蝕，所以將過熱蒸汽溫度控制在給定值附近是船舶蒸

2、汽動(dòng)力裝置的重要任務(wù)。,二、課題主要內(nèi)容,1. 建立船舶過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的模型； 2. 設(shè)計(jì)常規(guī)PID控制器，并采用MATLAB實(shí)現(xiàn)基于傳統(tǒng)PID控制的過熱蒸汽溫度控制仿真研究； 3. 設(shè)計(jì)CMAC與PID的復(fù)合控制器，并采用MATLAB實(shí)現(xiàn)基于CMAC與PID復(fù)合控制的過熱蒸汽溫度控制仿真研究； 4. 將常規(guī)PID控制效果與基于CMAC與PID的復(fù)合控制效果相對(duì)比并分析。,1.1船舶過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)建模,大型鍋爐多采用噴水減溫方法來調(diào)節(jié)過熱氣溫，減溫器的安裝位置通常過熱器低溫段與高溫段之間，過熱汽溫控制對(duì)象劃分為兩部分：過熱汽溫導(dǎo)前區(qū)和過熱汽溫惰性區(qū)。,減溫水流量擾動(dòng)下汽溫特性如圖，

3、可見其共同特點(diǎn)：存在較大遲延和慣性，由實(shí)驗(yàn)擾動(dòng)曲線可以確定汽溫對(duì)象的近似傳遞函數(shù)可以用多節(jié)慣性環(huán)節(jié)來描述。,參考文獻(xiàn)1 中具體數(shù)值，得到導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)傳遞函數(shù)。,導(dǎo)前區(qū)：,惰性區(qū)：,內(nèi)回路的作用在于盡快消除擾動(dòng)，主要消除來自減溫水側(cè)的內(nèi)部擾動(dòng)； 外回路的作用在于對(duì)出口汽溫進(jìn)行最終校正，使其等于給定值,由于汽溫對(duì)象調(diào)節(jié)通道存在遲延和慣性較大，單純根據(jù)主汽溫的偏差采用單回路調(diào)節(jié)方案來控制汽溫已難以滿足要求，而應(yīng)引入能夠提前反映擾動(dòng)的導(dǎo)前信號(hào)，構(gòu)成多回路系統(tǒng)，目前采用最多的是串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,根據(jù)串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖，可作出串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖：,2導(dǎo)前汽溫 測(cè)量裝置傳遞函數(shù) ; 1主汽溫

4、 測(cè)量裝置傳遞函數(shù)；Kz 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳遞函數(shù)； Ku噴水調(diào)節(jié)閥門傳遞函數(shù)；,1.2基于傳統(tǒng)PID控制的過熱蒸汽溫度控制,傳統(tǒng)PID控制的特點(diǎn) 傳統(tǒng)PID控制器根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。,給定輸入為單位階躍信號(hào)，仿真時(shí)間1000s，在600s時(shí)加入幅值為1的蒸汽流量擾動(dòng)，經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整PID參數(shù)，確定為P=4.5，I=0.08，D=100。 從響應(yīng)曲線可以看到，系統(tǒng)在400s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，加入減溫水流量擾動(dòng)后，在900s系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。,1.3基于CMAC與PID的復(fù)合控制,CMAC介紹 CMAC-小腦模型關(guān)聯(lián)控制器(Cerebellum model articulat

5、ion controller),是一種表達(dá)復(fù)雜非線性函數(shù)的表格查詢型自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其本質(zhì)上是一種映射復(fù)雜非線性函數(shù)的查表技術(shù)。,CMAC具有更好的非線性逼近能力，更適合于復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下的非線性實(shí)時(shí)控制,CMAC與PID復(fù)合控制的系統(tǒng)仿真,采樣時(shí)間ts=0.01s，CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)N=300，C=5，PID參數(shù)Kp=4.5，Ki=0.08,Kd=100,輸入為幅值為1的階躍信號(hào)，仿真時(shí)間1000s，600s時(shí)加入幅值為1的減溫水流量擾動(dòng)。 從仿真結(jié)果曲線可以看出，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間ts=350s，800s時(shí)重新達(dá)到穩(wěn)定。,常規(guī)PID控制效果與基于CMAC與PID的復(fù)合控制效果對(duì)比并分析,通過仿真

6、結(jié)果可以看出， 對(duì)于過熱蒸汽溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，通過試湊法整定適當(dāng)PID參數(shù)后，系統(tǒng)穩(wěn)定且超調(diào)量滿足要求，只是調(diào)節(jié)時(shí)間較長，響應(yīng)速度較慢。 控制系統(tǒng)在減溫水?dāng)_動(dòng)輸入下能夠恢復(fù)穩(wěn)定。,采用CMAC與PID的復(fù)合控制，CMAC通過學(xué)習(xí)后起主導(dǎo)控制作用。,(1) 動(dòng)靜態(tài)性能方面：CMAC與PID復(fù)合控制算法有更快的響應(yīng)速度、更小的超調(diào)量和更好的跟蹤性能，基本上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的誤差控制。而常規(guī)PID算法的控制存在響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)時(shí)間長和超調(diào)量較大等缺點(diǎn)。 (2) 抗干擾性方面：CMAC與PID復(fù)合控制算法體現(xiàn)出很大的優(yōu)越性。有擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，CMAC與PID復(fù)合控制算法能

7、很快抑制擾動(dòng)，波動(dòng)較小而且調(diào)節(jié)時(shí)間相對(duì)較短；常規(guī)PID控制算法會(huì)發(fā)生較大波動(dòng)和振蕩，而且調(diào)節(jié)時(shí)間比CMAC與PID復(fù)合控制算法長。,三、研究結(jié)論,（1）引入能夠提前反映擾動(dòng)的導(dǎo)前信號(hào)，構(gòu)成多回路系統(tǒng)，采用串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)方案，建立了船舶過熱蒸汽溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 （2）設(shè)計(jì)了基于常規(guī)PID控制的過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，通過仿真結(jié)果，可以看到常規(guī)PID控制器作為應(yīng)用最廣泛的控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但是在船舶過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的被控對(duì)象慣性和延遲較大，具有非線性、時(shí)變等特點(diǎn)下，存在響應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)時(shí)間慢，抗干擾能力差的缺點(diǎn)，難以取得較好控制效果。,（3）采用基于CMAC與PID的復(fù)合控制策略，對(duì)CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)PID復(fù)合控制在過熱蒸汽溫度控制中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。通過SIMULINK仿真結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)CMAC與PID的復(fù)合控制具有更快的控制響應(yīng)速度，更好的跟蹤性能，具有更強(qiáng)的非線性逼近能力。在加入干擾的情況下，由于CMAC的加入，CMAC與PID復(fù)合控制算法能很快抑制擾動(dòng)，波動(dòng)較小而且調(diào)節(jié)時(shí)