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基于PID的锅炉温度控制系统设计 摘要:利用BP神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,将神经网络PID与LabVIEW友好地人 机交互结合,实现对锅炉温度的控制.仿真结果表明,该系统具有更小的超调量,并且更快地到达需要的控制温 度. 关键词:BP神经网络;PID控制;温度控制 温度是锅炉生产蒸汽质量的重要指标之一,也是保证锅炉设备安全的重要参数.同时,温度是影响锅 炉传热过程和设备效率的主要因素.例如,在利用烟化炉对锌、铝冶炼过程中,如果温度过低,则还原速度 和挥发速度都会降低;但温度也不宜过高,否则在温度超过1 250℃时,可能形成Zn-Fe合金,有害于烟 化炉的作业,因此温度的精确测量和控制是十分必要的.作为工业控制系统中的基本方式,PID控制对于 动态反应较缓慢的工业过程是非常好的控制规律[1].但是,当工业过程复杂,负荷变化很多,对象的纯滞 后又较大时常规PID控制达不到要求,为了解决上述问题系统采用PLC作为下位机,PC作为上位机,利 用labVIEW构造人机交互界面,应用神经网络PID对系统进行控制,设计锅炉温度的监制电路. 1 系统总体设计 系统通过热电偶传感器检测出锅炉的温度,采集的信号经过A/D电路转换后传给PLC控制器.PLC 根据数据做出判断,当锅炉处在升温阶段时对锅炉进行加热,当锅炉处于保温段时调用PID算法控制温 度满足输出要求.同时PLC把数据传给PC机,PC机做出显示和报警.具体电路如图1所示. 1·1 主控芯片 S7-300PLC是西门子生产的模块式中小型PLC,提供了大量可以选择的模块,包括:PS 电源模块、CPU模块、IM接口模块、SM信号模块、FM功能模块和CP通信模块.其中FM模块可实现高 速级数、定位控制、闭环控制功能;CP模块是组态网使用的接口模块常用的网络有PROFIBUS,工业以太 网及点对点连接网络.这些模块可以通过U形总线紧密地固定在轨道上,一条导轨共有11个槽号:1号槽 至3号槽分别放置电源、CPU、IM模块4号槽至11号槽 可以随意放置其他模块. 1·2 通信网络 一般的自动化系统都是以单元生产设备 为中心进行检测和控制,不同单元的生产设备间缺乏信息 交流,难以满足生产过程的统一管理.西门子全集成自动 化解决方案顺应了当今自动化的需求,TIA从统一的组态 和编程、统一的数据管理及统一的通信三方面集成在一 起,从现场级到管理级,可以使用如工业以太网、PROFIB- BUS,MPI,EIB等通信网络.根据设计的需要可以自由选择通信网络的配置[2]. 1·3 温度传感器 热电偶是将2种不同的导体焊接起来组成闭合回路,当两端节点有温度差时,两端点 之间产生电动势,回路中会产生电流,这种现象称为热电效应.热电偶温度传感器就是利用这一效应来工 作的.在工业生产过程中被测点与基准节点之间的距离常常过远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采 用补偿导线的方式进行补偿[3]. 1·4 显示界面 LabVIEW是美国NI公司推出的图形化工业控制测控开发平台,是目前应用最广、发展 最快、功能最强的图形软件集成开发环境.LabVIEW具有界面友好、开发周期短等优点,广泛应用于仪器 控制、数据采集、数据分析和数据显示等领域.所以,我们可以在计算机上采用它来实现对设备运行状态的 监控,同时也可以对各种数据进行采集显示.系统的温度显示界面如图2所示. 2 系统控制算法设计 PID控制是工业过程控制中最常用的一种控制方法, 但常规的PID控制在被控对象具有复杂的非线性时,如锅 炉的温度控制,不仅具有较大的纯延迟,而且模型也不确 定时,对于这种对象往往难以达到满意的控制效果.BP神 经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,通过神 经网络自身的学习,找到最佳组合的PID控制参数,以满 足控制系统的要求.具体的神经网络PID控制系统框图如 图3所示. 设PID神经元网络是一个3层BP网络,包括2个输入节点,3个隐含层节点,1个输出接点.输入节 点对应所选的系统运行状态量,如系统不同时刻的输入量和输出量等,必要时要进行归一化处理.输出节 点分别对应PID控制的3个可调参数KP,KI,KD.输入层的2个神经元在构成控制系统可分别输入系统 被调量的给定值和实际值.由文献[4]和[5]中的前向算法可得到输出层的权系数计算公式为: 3结论 PID控制算法是一种易于实现而且经济实用的方法,具有很强的灵活性,但在被控制对象具有复杂的 非线性时,难以满足控制要求,而神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,神经网络PID与 LabVIEW结合实现对锅炉温度的数据采集、控制和显示,提高了锅炉监控系统的效率. 参考文献: [1] 邓洪伟.供暖锅炉温度和压力的PLC控制[J].动力与电力工程,2008(18):93-94. [2] 张运刚.西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007. [3] 何希才.传感器及其应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004. [4] 何离庆.过程控制系统与装置[M].北京:重庆大学出版社,2003. [5] 舒怀林.PID神经元网络及其控制系统[M].北京:国防工业出版社,2006.
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电气工程及其自动化专业(080601)一、培养目标 培养德、智、体等全面发展的，适应社会主义现代化建设需要的高级电气工程技术人才，培养从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理和电子计算机应用等领域工作的宽口径“复合型”高级工程技术人才。学生毕业后可从事政府部门、科研院所、高等院校、工业企业等单位的与电气工程有关的系统运行与管理、系统开发及应用、工程研究与设计等方面的工作。 二、课程设置 主要的课程体系包括： 1、公共基础课程： 主要包括高等数学、大学物理、英语、体育、政治理论、计算机文化基础、C语言等课程。 2、专业基础课程： 线性代数、概率论与数理统计、电路分析基础、模拟电子线路、数字电路基础、电子技术实验、电子技术课题设计、工程制图、单片机原理、单片机应用系统课题设计、机械基础、自动控制原理、电力电子技术 及应用设计、电机及拖动基础、现代控制理论 、过程控制系统 、专业英语等。 3、计算机类课程： 微机原理与接口技术、多媒体应用技术、网页设计等。 4、专业课程： 电力拖动控制系统、控制系统计算机辅助设计、可编程控制器原理及系统、计算机控制技术、计算机通信 等课程。 5、专业限选课： 模糊控制技术、DSP技术、计算机网络、电气测量等。 6、实践类课程： 重点应包括每年的一次的教学实践和最后的毕业设计。 专业电气工程与自动化专业教学学院学制本科4 年授予学位工学学士培养目标培养在电气工程有关的工业工程控制、电气工程、电力电子技术、监测与自动化仪表、运动控制、电子与计算机技术等领域，从事工程设计、系统分析、系统运行、研究开发等方面的高级工程技术人才。 基本培养规格德育方面热爱社会主义祖国，拥护中国共产党领导，掌握马列主义、毛泽东思想和邓小平理论的基本原理；愿为社会主义现代化建设服务，为人民服务，有为国家富强、民族昌盛而奋斗的志向和责任感；具有敬业爱岗、艰苦奋斗、热爱劳动、遵纪守法、团结合作的品质，具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。 智育方面主要学习电工、电子技术、自动控制理论、信息处理、计算机技术与应用等工程技术基础和一定的专业知识，接受电工电子、信息控制及计算机技术方面的基本训练，具有工业过程控制与分析，解决强、弱并举的宽口径专业的技术问题的能力。 本专业的毕业生应获得以下几方面的知识与能力： （ 1 ）掌握较扎实的数学、物理、 化学等自然科学的基础知识，较好的人文、社会、管理科学基础和外语综合能力。 （ 2 ）掌握本专业领域较宽的技术基础理论知识。 （ 3 ）具有本专业 1-2 个专业方向的专业知识和技能，了解本专业的学科前沿发展趋势。 （ 4 ）获得较好的工程实践训练，具备一定的科学研究、科技开发、组织管理能力。 （ 5 ）达到大学英语教学改革方案中一般要求的有关规定。 （ 6 ）通过江苏省高校非计算机专业计算机等级考试二级。 体育方面具有一定的体育和军事基本知识，掌握科学锻炼身体的基本技能，养成良好的体育锻炼和卫生习惯，受到必要的军事训练，达到国家规定的大学生体育和军事训练合格标准，具备健全的心理和健康的体魄，能够履行建设祖国和保卫祖国的神圣义务。 课程结构150 学分普通教育课57 学分学科基础课 学分专业选修 学分学位课程高等数学（一）、普通物理（一）、电路原理、电子技术基础、自动控制理论、计算机原理及应用、电力电子技术、电机与电机拖动基础。 三、修业年限及授予学位 1、修业年限： 四年制本科 2、授予学位： 工学学士 电气工程及其自动化比较好一点！
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