神经网络在双容水箱液位控制系统中的应用_毕业论文1Word文档格式.docx
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根
据它的传递函数,建立普通PID控制器、BP神经网络控制器和神经网络的
PID控制器,对控制方案进行模拟及仿真获得数据比较分析后得出三种控制
方法中神经网络控制在双容水箱液位控制系统中可取得较好控制效果的结
论。
关键字
双容水箱,PID控制器,BP神经网络,神经网络控制器
ABSTRACT
Theapplicationoftheneuralnetworkcontroltheorytothedual-tankwater
level control system be
introduced
in
this
paper.
Compared
with
the
traditionalPIDcontroller,BPneuralnetworkcontrollerandneuralnetwork
PID
controller,cometosomeadvantagetheneuralnetwork
PIDcontrollerin
thecontrolthedual-tankwaterlevelsystem. Thetanklevelcontrolsystemisa
typically
large
time-delay,
non-linear
and
coupling
lag
complicated
control
system.Withthedevelopmentofmodernindustry,someofthechemicalindustry
andtheenergyindustryusethetanklevelcontrolsystemmoreandmore
.Neural
networkcontrolisabranchofautomaticcontrol,ithasopenedupanewwayto
solvetheproblemofcomplexnon-linear,uncertain,unascertainedsystem.
Inthis
paperIfirstlyintroducesdual-tankwaterlevelcontrolsystemandthemethodof
controlit,thenestablishesitsmathematicalmodelandobtainpipeline.Basedon
pipeline,
author
establishes
ordinary
PIDcontroller,
BPneural
network
controllerandtheneuralnetworkPIDcontroller.Byemulatingandimitating
controlscheme,thedataisobtained.Throughcomparingandanalyzingthedata,
thispaperwillreachtheconclusionthat,inthreecontrolmethods,neuralnetwork
controlhasthesuperiorityinthedual-tankwaterlevelcontrolsystem.
KeyWords:
Dual-tankwater,PIDcontroller,BPneuralnetwork,Neuralnetworkcontroller
目录
1.绪论.....................................................................
1.1双容水箱的实际应用.................................................
1.2水箱液位的控制方法.................................................
2.双容水箱模型简介........................................................
2.1立体背景...........................................................
2.2数学模型的建立.....................................................
2.3特性分析..........................................
3.神经网络控制............................................................
3.1神经网络控制理论...................................................
1
1
2
3
4
错误!
未定义书签。
6
BP网络............................................................
3.2
3.3
PID控制器及其参数整定方法........................................
13
3.4
基于BP网络的PID控制器...........................................
14
4.设计方案...............................................................
4.1PID控制器控制的双容水箱液位控制系统的仿真........................
21
21
4.2
BP神经网络控制器.................................................
24
4.3神经网络PID控制器................................................
4.4小结..............................................................
5.总结...................................................................
参考文献.................................................................
附 录...............................................................
致 谢...............................................................
30
32
33
35
36
37
1.绪论
双容水箱液位控制就是一个典型的大滞后、非线性、强耦合的复
杂控制系统。
而液位控制作为过程控制系统中的一类重要控制系统在
现代工业中已经占有越来越重要的位置,采用传统控制的方法已经难
以满足当代工业对控制方法快速性、准确性的要求。
本文首先介绍了
双容水箱液位控制系统数学模型的建立、确定其传递函数并采用三种
方法对该系统进行控制,分别为传统PID控制器、BP神经网络控制
器和神经网络PID控制器,并对其进行仿真获得结果曲线比较后从
而得出神经网络控制理论在双容水箱液位控制系统中的具有优势的
结论。
本次毕业设计着重讨论了神经网络
PID控制器中各个神经元
权值及阈值的调整,依据BP神经网络具有自学习的能力为指导思想
通过多次训练神经网络使其达到最优的控制效果。
本文共分为五个章
节,第一章主要介绍了双容水箱的实际应用及其常用的控制方法;
第
二章着重介绍双容水箱的特点及其数学模型的建立;
第三章列举了神
经网络相关的理论知识;
第四章是总体设方案以及结果的仿真与比
较;
第五章为本论文的总结。
1.1
双容水箱的实际应用
在工业生产实际中,液位控制系统是使用频率较高的控制系统之
一。
双容水箱液位控制系统是典型大滞后系统而且还具有非线性、强
耦合等特点,控制理论研究人员认为其特别地适合于对各种控制算法
的研究以及理论实现。
其中双容水箱在船舶工业过程控制系统中得到
了越来越多的应用,实现对双容水箱的自动控制是想要真正实现无人
机舱操作首要解决的问题,对工业的无人操作也具有重大的里程碑的
意义[22]。
同时,在某些化工产业和能源工业中,也在非常普遍的应用
了可以提炼为双容水箱模型的液体反应罐。
因此,许多智能控制理论
研究人员一直将双容水箱液位控制系统视为典型的研究对象,不断尝
试各种新的控制方案,不断探索智能控制在各种不同类型的控制系统
中的应用以获得更好的控制效果。
1.2
水箱液位的控制方法
生产实践中对水箱液位控制的方式有很多种,但随着水箱数目的
增加,准确、快速地控制水箱液位已经成为控制领域的一项挑战。
因
此人们更加热衷于对其稳定性和快速性以及如何更好的克服由于其
的容量滞后而引起的反应滞后时间的研究。
在其控制方法中最普遍的
有三种控制方法:
(1)线性理论控制方法
首先将非线性的双容水箱液位控制系统的模型进行近似线性化
的处理,以获得近似的线性可控模型,然后在使用各种已有的线性的
控制器对其进行控制,或者利用优化的控制算法进行控制[23]。
(2)预测控制
预测控制是优化控制算法,它关心的是模块的功能是一种非连续
的控制方式。
预测控制、变结构控制和自适应控制在理论研究时均能
取得有较好的控制效果,但是在实际应用时,由于它们的控制方法比
较复而且实现的成本也比较高昂,因此一直没有在快速变化的控制系
统上实现[15]。
(3)人工神经网络控制
因为人工神经网络
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- 神经网络 水箱 控制系统 中的 应用 毕业论文