基于神经网络的船用锅炉蒸汽压力控制技术

图３ 图 ４ 和 分别 是燃油 流量和 空气流 量的仿 真 曲线 ，从 图中可 以 看 出 ， 油 流量 和空气 流量 的调 节过 程 比较慢 ， 时 间 比较长 ， 燃 稳定 且超 调量很 大 ， 对于实 际的燃油 系统 很难实 现 。 从 以上 的仿真 图中可 以看 出 ， 用锅 炉的主 蒸汽压 力系统是 一个 船 强非线性 、 的控制 系统 ， 的 ＰＤ控 制不能 解决该 系统 的控 制 问 复杂 经典 Ｉ 题 ， 取 得满 意的控 制效 果 ， 必要 针 对其 系统特 性 ， 出更有 效 的 很难 有 提 智能控 制策略 。 ３基于神经 网络 的主蒸汽压力控 制 由于神经 网络 是从微 观结构与 功能上 对人脑 神经 系统的模 拟而建 立起来 的一类 模型 ，具有模 拟人 的部分智 能 的特 眭，主要是具有 非线 主蒸 汽压力 是影响锅 炉燃烧 状况 的关键 因素 ，主蒸汽 压力 的变化 性 、 习能力 和 自 应性 ， 神经控 制能对 变化 的环境 （ 括外加 扰动 、 学 适 使 包 反 映锅 炉蒸 汽产量 与负荷 耗汽量 之 间的不平衡 ，需要 改变燃 料量 以改 量测噪声 、 被控对象的时变特『三个方面） 生 具有自适应性 ， 且成为基本 变蒸汽 产量 ， 而适 应负荷 耗汽量 的变 化 。本节 将燃油 系统控 制 回路 、 不依赖 于模 型的一 类控制 ，因此决 定 了它在控制 系统 中应用 的多样性 从 空气 流量 控制 回路 、 置双 交叉 限 幅燃烧 控制 系统 （ 油配 比） 变偏 风 与主 和灵 活性 。 蒸汽压力控制回路相结合， 主蒸汽压力控制回路作为主控制回路 ， 见图 神经 网络控 制即神经 网络 的控制 ，是 指在 控制系统 中采用 神经 网 １ 所示。 当主蒸汽压力的实际输出值与给定负荷的主蒸汽压力产生误差 络这一工具对难以精确描述的复杂的非线性对象进行建模，或充 当控 时 ， 控制器 的作 用对燃 油流量 进行 调节 ， 时同样 通过双交 叉 限幅 制器 ， 通过 此 或进行推理 ， 以及同时兼有上述某些功能的适应组合。 Ｂ Ｐ网络是一种 多层前 馈型神 经 网络 ， 其神经 元的传 递 函数 是 Ｓ型 控制进行风油配比， 同时对空气流量进行调节 ， 将燃油系统和空气流量 系统 的输 出值 作为 主蒸 汽压力控 制系统 的输人 值 ，再 经过燃烧 系统 燃 函数 ， 出量为 ０ １ 输 到 之间 的连续量 ， 以实 现从输 入到输 出的任意 它可 油燃烧 、 、 传热 产生蒸汽， 最后输出主蒸汽压力。这样就将燃烧系统的几 非线性 映射 。由于权值 的调 整采用 反 向传播 （ａｋＰｏａａｉ ） 习算 Ｂ ｃ ｒｐｇｔ ｎ学 ｏ 个控制回路联合起来 ，构成了船用锅炉的燃烧控制系统。燃油控制系 法 ， 因此也 称 Ｂ Ｐ网络 。该 Ｂ Ｐ网络是前 向网络 的核 心部分 ， 了人工 体现 统 、 流 量控 制系 统和 风油 配 比（ 空气 双交 叉 限 幅燃 烧 控制 系统 ） 用 神经 网络的精华 。 均采 常规控制 方法 ， 对主蒸 汽压力 的控 制策 略进行研究 。 在此 本 文利用神经 网络具 有逼近任 意非线 性 函数 的能力 ，对船用 锅炉 燕 的主蒸 汽压力 系统进行 Ｂ 神经 网络控制 。 Ｐ Ｂ 神 经网络控 制器采 用二输 人单输 出 的变量 ， 输入量分 别 为 Ｐ 两个 主蒸汽压力的给定值和实际输出值的误差 和误差的变化率 ， 出量 输 为主蒸 汽压力 的实际值 。神经 网络采用 ２５ １ ＿— 的结构 ， 图 ５ 示 。 如 所 三层 Ｂ Ｐ神经 网络 的输 人节 点是 ｘ 隐层节 点 ｙ输 出节点 Ｚ ． ， ； ， 。输入 节点与隐层节点的网络权值为 ｗ 隐含层节点与输出节点间的网络权 值为 ｖ ¨ ｏ当输出廿｜ 点ｔ 的期望值为时， 模型的计算公式如下： 隐含层节点 的输出 ：
引言
针对船用锅炉来说，主蒸汽压力用来衡量蒸汽量和外界负荷是否 相适应， 汽压波动大会直接影响锅炉和汽轮机的安全和经济运行。船用 锅 炉 的蒸 发 量大 ， 汽压 力 高 ， 蒸 汽压 力 的变化 要求 比较 严格 ， 蒸 对 因此 在锅 炉 的燃 烧 自动控 制系统 中把控 制 的焦 点聚 焦在维 持主蒸 汽压力在 允许范围内波动这个问题上。但锅炉的燃烧过程是一个能量转化和传 递 的过 程 ， 燃油 燃烧 、 到 产生蒸 汽 是一 个缓 慢 的物 理过 程 ， 有 从 传热 具 非线性、 时变性、 大滞后等特性， 给燃烧控制的实现带来很大的困难。 本 文采 用神 经 网络技 术探索船 用锅炉蒸 汽压 力控 制技术 。 １主蒸汽 压力控制 系统 的组 应用 ０ ￣１ （ ）Ｊ １Ｅ
基于神经网络的船用锅炉蒸汽压力控制技术
李 楠
（ 海军驻北京作战 系统军事代表室 ， 京 １０ ９ ） 北 ０ ０ ４
摘 要 ： 用锅 炉 的 燃 烧控 制 设 备 主要 用 于 自动 控 制进 入 炉膛 的 燃 油量 和 为 燃 油 完全 燃 烧 所 必 须 的 空 气量 ， 之 在 动 力装 置 的 船 使 任何 工 况 下 ， 能 实现 良好 的 经 济燃 烧 ， 都 并保 持 锅 炉 的主 蒸 汽 压 力 为设 定 值 。 由 于神 经 网络 能 够对 系统 的 输 入 输 出信 息进 行 分 析 、 纳 ， 成 自处 理 的 “ 归 形 自学 习” 能 ， 用 于 时 变性 、 线性 系统 。本 文 利 用 神 经 网络 的 优 点 ， 计 了基 于神 经 网络 的 船 用锅 炉 功 适 非 设 主 蒸 汽压 力控 制 器 ， 用于 非线 性 时 变 系统 ， 效 的增 强 了 系统 控 制 的性 能 。仿 真 结 果 表 明 该控 制 策 略取 得 了很 好 的控 制 性 能 ， 适 有 证 明 了该 控 制 算 法的 有 效性 。 关 键 词 ： 用锅 炉 ； 经 网络 ； 蒸 汽 压 力控 制 船 神 主