基于PSO-BP的智能温度控制器

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温度控制是工业过程控制对象的重点和难点。目前,传统的PID控制方式占主导地位,但在被控对象无法建立准确模型的情况时,PID参数的整定不便仍是一个难点。神经网络技术是智能控制的主要分支之一,它能逼近任意非线性曲线,被广泛应用于工业中。但BP神经网络在应用时有一些固有的缺陷,而粒子群算法具有全局搜索特性。本文结合泰安磐然科技有限责任公司的项目,对基于粒子群优化(Particle SwarmOptimization,简称PSO)BP神经网络展开研究,论文的主要内容如下:首先,本文从智能温度控制系统设计思想出发,介绍了温度控制对象的非线性、多耦合、大延迟的特点,找到了难以控制的原因;分析了常用温度传感器热点偶和热电阻的工作原理、A/D采样电路、PWM波驱动固态继电器工作电路;对几种目前应用在温度控制领域的控制算法的特点进行了比较分析,为开发智能温度控制器垫定了理论基础。其次,分析了BP神经网络和PSO算法的优缺点,发现PSO算法是基于全局寻优的搜索算法,提出了基于PSO-BP的温度智能预测方法。该方法是采用PSO优化BP神经网络的算法,具有很好的泛化能力,既能很好的发挥BP神经网络的非线性特点,又克服了BP神经网络训练时间长、易陷入局部最优的缺点。以公司实验数据为依据,应用PSO优化BP神经网络的算法对电加热炉进行了预测,结果显示,优化后神经网络预测有效时间延长,预测精度提高。所以,本文应用PSO-BP算法来辨识整定PID参数,达到温度控制器自整定的目的。仿真结果表明,应用PSO-BP算法整定得到的PID参数,控制精度高,超调小,稳态误差小。最后,论述了智能温度控制系统的开发工作。按照公司要求的功能,应用嵌入式芯片ADuC7060和嵌入式操作系统μC/OS-II,设计出硬件并开发了软件,完成后,对产品进行了软硬件性能测试,运行于实际产品。通过实际运行测试,智能温度控制效果良好,系统稳定可靠,能适应大部分应用场合。
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