PID神经网络控制器的设计及仿真研究(2)

2

2

mk [r(k)-y(k)]=1

6

输入层至隐含层的权值调整算法

wij(n0+1)=wij(n0)- ij J/ wij

中的权值调整学习步长 ij必须满足

2

0< ij<1/ ij

1

j1(k)xi(k)k=1

m

工业仪表与自动化装置 2001年第2期

衰减曲线如图5 4所示。由仿真结果可见,系统在较短的时间内就达到了很好的动静态性能,系统的

(4 6)

输出响应超调小,无静差,学习收敛快,过渡时间较

短。

其中: ij=-2

mk [r(k)-y(k)]=1

2

结论1和结论2给出了PID-NN各层权值学习步长的范围,只要步长在此范围内取值,就可以保证系统的收敛性。在实际应用中,为了计算简便起见,可先取步长为一个足够小的正数,再根据以上两个结论进行适当的调整。

4 2 PID-NN 控制系统的稳定性

PID-NN的连接权取初值时,如果其控制系统是稳定的,再选取合适的各层权值学习,保证控制系统是收敛的

,则PID-NN控制系统在学习后必须是稳定的。

图5 2 学习8步后响应曲线

5 PID-NN控制系统仿真实例

仿真步骤如图5 1所示。

图5 3 学习50步后响应曲线

图5 4 学习前10步误差衰减曲线

6 结论

由以上理论分析和仿真结果看,PID-NN是将神经网络和PID控制规律融为一体而形成的。PID-NN是一种内含动、静特性的多层前向神经网络,网络收

敛速度快且保证了系统的稳定性。PID-NN中比例、积分、微分单元,使PID-NN控制系统响应快、超调

图5 1 仿真步骤

设系统给定输入信号为一方波,设仿真点数为m=200,取被控对象为二阶环节,取其传递函数为:

m=u(s)s(1+Tms)

根据上述的仿真步骤,在MATLAB-SIMULINK上G(s)=

对上面的二阶系统进行仿真,系统对以上输入的输

5,-Ts

小、无静差,且PID-NN的权重值具有明确的物理意

义,其参数设定无需知道被控对象的具体参数及数学模型,对不同的对象具有适应性。

[参考文献]

[1] Y.Q.Lei,Z.Z.Wang&L.Q.Zhang.NeutralNetworkforA

daptivePIDController[J].IFACIntellegenceControlCon-ference,1991.

[2] 夏红等 PID自适应控制[J] 自动化与仪表,1996;11

4):41-(下转第41页)

2001年第2期 工业仪表与自动化装置

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MOVB 16#2, P0-ST-STX STXMOVB 12, P0-ST-LGE LGEMOVB 0, P0-ST-ADR 主站地址MOVB 255, T0 ENIATCH 4,25ATCH 6,11RET

SBR 2 电机启动子程序MOVB BPADR,, P0-ST-ADR 取主控缓冲区的从

机地址

MOVW 16#0C7F, P0-ST-PZD0 设定停止电机启动、正转CALL Send-BP 调用发送程序

RET

SBR 3 电机停止子程序MOVB BPADR,, P0-ST-ADR 取主控缓冲区的从

机地址

MOVW 16#0C7E, P0-ST-PZD0 设定停止电机

启动、正转CALL Send-BP 调用发送程序

RET

SBR 4 设定电机速度电机运行子程序MOVB BPADR , P0-ST-ADR 取主控缓冲区的从机地址

MOVW 16#0C7F, P0-ST-PZD0 设定电机启动、

正转

MOVW BP_SP , P0-ST-PZD1 取主控缓冲区的速度值LDW>= P0-ST-PZD1 ,16#4000 判断是否超过

最大速度

MOVW 16#4000, P0-ST-PZD1 CALL Send-BP 调用发送程序

RET

SBR 5 发送程序Send-BPMOVD &Vb3500,AC0 计算BCC

MOVB 14,AC1 循环计算BCC,存入 P0-ST-BCC

置位重发次数计数器XMT P0_ST_LEN ,0 发送

ATCH 0,9 发送结束中断的中断服务程序号MOVB 100, T0 定时时间100ms

ATCH 1,10 定时中断处理,未接受到数据,重

发数据

RET

4 3 中断接收子程序

中断接收子程序由一系列中断服务程序组成,限于篇幅,只介绍设计方法。中断接收子程序包括两种情况,一是判断中断接收的起始3个字符是否为指定字符,是则将接收中断指针指向下一个中断程序,复位定时器,同时异或计算BCC值,否则将关闭接收中断,等待定时中断进行错误处理。对于数据块的接收,采用计数方式控制,当计数为零时,计算的BCC值应为0,否则,关闭接收中断。二是定时中断激活时表示接收超时,重发次数值减1,如果不为0,则自动将发送缓冲区的内容重新发送;为0,置位错误标志。

5 结论

该程序已成功地应用在某糖厂的蔗层自动控制系统中,采用USS协议控制变频器,具有硬件逻辑简单、抗干扰能力强的特点。以此方式,可以实现全车间的现场总线网络控制。

[参考文献]

[1] 梁周等 制糖工业仪表及自动化[M].轻工业出版社,

1988

(上接第6页)

[3] ChenCL,ChangFY.Designandanalysisofneural/fuzzy

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[4] AkhyarS,OmatuS.Sel-ftuningPIDcontrolbyneura-lnet-

works[J].IJCNN 93-nagoya,1993,3:2749-1752

[5] 钟碧良等 基于神经网络参数自调整的PID控制器

[J].工业仪表与自动化装置,1999,6(1):6-8

[6] 文德工作室.MATLAB5.1实用指南[M].北京:宇航出

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