过程控制锅炉汽包水位模糊PID控制的LabVIEW仿真
锅炉汽包水位模糊PID控制的LabVIEW仿真ScientificResearchSystem Simulation Technology Application (Volume 13)Table 1. Rule list of fuzzy control of Kp据、结果显示。当运行程序时,只有前面板出现在计表1.K模糊控制规则表算机的屏幕上,作为虚拟仪器和用户的接口。与其他E仿真语言相比,除了能在 Labview软件中方便地使ECNB NM NS ZO PS PM PB用PID工具包进行模糊PID控制器设计外,在仿真过NB PBPB PMPM PS Z0 ZO程中还能实现对仿真参数的动态修改,只要按照要求NMPB PM PSPS ZO NS在前面板上写入相应的控制参数,便可以进行参数动Ns PPs ZO态修改,相应的更新结果可由前面板以多种方式显小ZO PM PM PS ZO NS NM N出来并可以数据文件形式保存。使仿真过程变得更加PSPSPS ZO NSNS NMNM灵活、便捷。本文所用的前面板如图4所示。PM PS ZO NS NM NⅥNMNBPB ZO ZO NMNM NM NBNB4基于LabⅤIEW的模糊PID控制系统设计美国NI( National Instruments)公司的LabⅤILW口回6,A·逦是基于数据流的图形化编程语言G的开发环境,是仪器控制与数据采集的编程平台,能快速构建实现交互控制系统的图形用户界面,并且它与测量、自动化硬 Figure3. Flow chart of drum water level control system件紧密的结合,具冇完善的数据采集、信号分析和信图3.汽包水位控制系统仿真流程图息显示的解决方案。 LabVIEW中的PD工具包(PIDToolkit提供∫一个完整的模糊控制设计系统,包括:汽包水裨制实验·模糊逻辑控制器设计子程序( Fuzzy Logic Con-roller Design):提供一个友好的图形用户界面(GUI),可以直观地设计和修改模糊控制器的水过低圣汽流量Fe的艰属函数、规则库、推理规则和去模糊方法等等。●」售定设计的结果保存在一个以结尾的文件中,应用冷水入口当诞0程序就谴用此文件。主PTD模糊控制器子程序( Fuzzy Controller.ⅵ):作为程在■a2序的个功能模块(函数),用于在应用程序中实现模糊控制算法。调入控制器子程序( Load Fuzzy Controller.ⅵ)E四常数56将fs文件调入应用稈序功能模块,将指定文件的Figure 4.The front panel of drum level control systemPID参数加载到应用程序的模糊控制器中。图4.汽包水位控制系统前面板框图软件设计由两部分组成,即前面板和流程图。在前面板,用输入控件( Contro)来实现参数的输入,参为了说明该控制策略相对其他控制方法的优越数的显示和程序运行的结果由输出控件( ndicator来性生,同时作了锅炉汽包水位系统常规串级PD控制的完成。流程图是完成程序功能的图形化源代码,通过仿真研究,其外回路和内国路均采用PD控制器,其对控件设置合适的参数和连线建立控制系统。采用模PID控制器的算法为糊PID控制的带前馈的串级三冲量控制系统的流程图u(t)=k,,(e+T Gedt+ la dr)如图3所示。式中:ε为设定值与探制过程返回量之间的偏差,基于 LabView开发的程序面板具有良好的人机K为比例增益,T为积分时间常数,Ta为微分时间常互动的风格,使用简单。前面板提供了丰富的图形控数,u(为控制器输出量。根据图3,设置PID控制器件,可以模拟传统仪器工作方式,在前面板上放置所的参数为K=3、T=150以及a4。两种控制方式的控需要的控件和指示器,实现仪器控制以及较直观的数制效果如图5所示。978-1-935068-81-5c2011 SirEs40o1994-2012cHinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.netScientifieSystem Simulation Technology Application( Volume 13)° Researcl从图5(a)可以看出,在无扰动情况下,采用普通差,而普通PID则在扰动过大的时候则无法做到这PID进行控制超调量约有30%,而采用模糊PID控制点。在汽包水位的控制过程中,通过在不同时刻施加则将超调量控制在10%以内,并且模糊PD控制更能不同扰动,其阶跃响应图显示岀模糊PD控制都要优有效地减少上升时间与调节时间;在初始状态有扰动于普通的PID控制,对锅炉汽包所存在的“虚假水位的情况下如图5(b)和5(c),模糊PID均比普通PID控控制得更好,达到更令人满意的效果。因此,采用模制具有更小的超调量及更短的调节时间;在第一次稳糊Pυ控制策略比常规P控制策略具有较好的调节定后施加两种扰动时如图5(d所示,模糊PID相比普品质以及较强的鲁棒性和抗干扰能力,而且能在对象通PID不仅响应快,超调小,更有效地消除了稳态误模型失配的情况下表现出较强的适应能力。设定值直世D(a)无扰动(b)加入10%蒸汽扰动(c)加入20给水扰动(d第一次稳定后施加两种扰动Figure 5. Curve: Unit step response of different disturbance图5.不同扰动下的单位阶跃响应曲线5结束语Steam Generator[],Journal of System Simulation, 2004, 16(10)P450-453.提出了使用 Labview构建模糊控制器进行锅炉刘红军,韩璞,工东风,锅炉汽包水位系统 DMC-PID串级控制仿真研究[,系统仿真学报,204,16(10),P450-453汽包八位控制的仿真研究,通过比较两种控制方式,[41 XU Chun-mci, ZHANG Haol, YANG Ping, Nonlincar pid-Pcascade control for boiler drum level [J]. East China Electric可以看出对于锅炉汽包水位,采用模糊PID控制在上Power:2009,37(5),P838~84升时间、超调量、调节时间等控制性能都要优于普通凃春梅,张浩,杨平汽包水位串级二冲量非线性PID控制系统[,华东电力,2009,37(5):838~84PⅠD控制。基于 LabVIew语言采用流程图形式开发的51Chul-lIwan Jung, et al. A real-time self-tuning fuzzy controller应用程序,具有良好的人机交互界面,形象直观的控through scaling factor adjustment for the steam generator of NPl574:53-60制界面,更强的数据处理功能及简便实用的参数显示(6] SONG Zhi-gang; YU Qi-xiang; WANG Yi-ming;ctl, Devclop功能。比使用其他仿真语言(如Maab/ Simulink工具ment of fuzzy controller for parameters adaptation of PID con-troller based on L abvIEW[1, Machinery Design manufacture箱)更容易实现各个模块之间传递数据,仿真过程还2003(4):P11~12.能动态修改仿真参数并实时更新,可以更好地配置控宋智罡,郁其祥,王益明等,基于 LabVIew的PID参数自适应模糊控制器设计山J,机械设计与制造,2003(4:11~12制器参数以达到最优,大大缩短没计周期,提高开发[7] Jin Yihui, Process Control [m, Beijing: TSinghua universily效率,具有较大的工程实用价值。press. 1988金以慧,过程控制[M,北京:清华大学出版社,1998[8 ZHAO Baochun, LUO Zon-gan, LIu Xianghua, Design andReferences(参考文献simulation of fuzzy logic controller based on LabVIEW], Control Engineering of China, 2006, 13(S1 ): 49-52[1] CHEN Hong-wei, XU Zhen-yu, YANG Bo, et al, Analysis of the赵宝纯,骆宗安,刘相华,基于LabⅤIEW的模糊控’器设计Influential Factors to Boiler Drum Level [], Power System En与仿真[,控制工程,2006,13:4952neering,2007,23(02):32-33[9] JiN Zhiqiang, Biao Qiliang, A method of design of PID controller陈鸿伟,许振宇,杨博,等锅炉汽包水位影响因素分析[电based on I abvIEW[], Control Automation, 2005, 21(6): 1-2站系统工程,2007,23(02):32-33金志强,包启亮,一种基于LabⅤIEW的PID控制器设计的[2 ZHOU Jia, CAO Xiao-ling, LIU Yong-wen, Controlling Strategy方法[,微计算机信息,2005,21(6):1-2Analysis of Drum Level in Boiler [J]. Boiler Technology, 2005, [10] National Instrument, Lab VIEW simulation moduler user manual36(03):5~10.IM, Austin: National Instruments, 2004周佳,曹小玲,刘永文,锅炉汽包水位控制策略的现状分炘[11 LI Guo-yng, A New Fu∠ y PID Controller[ J Journal of Sys-「J,锅炒技术,2005,36(03),P5-10tem simulation,2003,15(10):1492-1496[3 IIU Hongjun, HAN Pul, WANG Dongfeng, Simulation Research李国勇,一和新型的模糊PID控制器[J,系统仿頁学报,of DMC-PID Cascade for Water Level System of a Drum boile2003,15(10),P1492-1496978-1-935068-81-502011 Scares.o1994-2012ChinaAcademicJournalelEctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.ner
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支持向量机
关于支持向量机里面讲核函数的，介绍了线性核函数、高斯核函数、及多项式核函数等。还介绍了核函数的判定以及Mercer定理1x1121T3212T42.3p(a)L313x2.3.32cT1V2C.223+d更一般地,核数K(x2z)=(xz+)“对应的映射后特征维度为a(求解方法参见http://zhidao.baiducom/question/16706714.html)由于计算的是内积,我们可以想到IR中的余弦相似度,如果ⅹ和z向量夹角越小,那么核函数值越大,反之,越小。因此,核函数值是(x)和(z)的相似度。再看另外一个核函数K(r, z)=expz-z|222这时,如果x和z很相近(x-2‖≈0),那么核函数值为1,如果x和z相差很大(x-2》0),那么核函数值约等于0。由于这个函数类似于高斯分布,因此称为高斯核函数,也叫做径向基函数( Radial basis function简称RBF)。它能够把原始特征映射到无穷维。既然高斯核函数能够比较ⅹ和z的相似度,并映射到0到1,回想 logistic回归, sigmoid函数可以,因此还有sigmoid核函数等等下面有张图说明在低维线性不可分时,映射到高维后就可分了,使用高斯核函数。Linear回回看目即Gaussian来自 Eric Xing的sdes注意,使用核函数后,怎么分类新来的样本呢?线性的时候我们使用SVM学与出W和b,新来样木ⅹ的话,我们使用wTx+ b来判断,如果值大于等于1,那么是正类,小于等于是负类。在两者之间,认为无法确定。如果使用了核函数后,W2x+b就变成了wφ(x)+b,是否先要找到p(x),然后再预测?答案背定不是了,找φ(x很麻烦,回想我们之前说过的wa+6=boy(0)x+bi=1(x(,x)+b只需将替换成(x,x),然后值的判断同上8核函数有效性判定问题:给定一个函数K,我们能否使用K来替代计算φ(x)2中(z),也就说,是否能够找出一个,使得对丁所有的x和z,都有k(x,2)=(x)r中(2)9比如给出了K(x,2)=(x2)2,是否能够认为K是一个有效的核函数下面来解决这个问题,给定m个训练样本全(r(3xm,每一个对应一个特征向量。那么,我们可以将(e) yJ仟意两个和带入K中,计算得到=0。I可以从1到m,j以从1到m,这样可以计算出m*m的核函数矩阵( Kernel Matrix)。为了方便,我们将核函数矩阵和(x,z)都使用K来表示如果假设K是有效地核函数,那么根据核函数定义k1=K(x0x0)=p(x()p(x0)=p(x(0)p(x()=K(x(,x)=K可见,矩阵K应该是个对称阵。让我们得出一个更强的结论,首先使用符号中x(x)来表示映射函数中(x)的第k维属性值。那么对于任意向量z,得2K2=∑∑2K3∑∑(m0y(0)2∑∑∑(z0)(x0)z∑∑∑29(x)k(z0)k i j=S|∑zipk(c(ak0.最后一步和前面计算K(x)=(x2)时类似。从这个公式我们可以看出,如果K是个有效的核函数(即K(xz)和(x)p(2)等价),那么,在训练集上得到的核函数矩阵K应该是半正定的(K≥0这样我们得到一个核函数的必要条件:K是有效的核函数==>核函数矩阵K是对称半正定的可幸的是,这个条件也是充分的,由 Mercer定理来表达。Mercer定理:如果函数K是×四→巫上的映射(也就是从两个n维向量映射到实数域)。那么如果K是一个有效核函数(也称为 Mercer核函数),那么当且仅当对于训练样例(r()x(m,其相应的核函数矩阵是对称半正定的。Mercer定理表明为了证明K是有效的核函数,那么我们不用去寻找φ,而只需要在训练集上求出各,然后判断矩阵K是否是半正定(使用左上角主子式大于等于零等方法)即可。许多其他的教科书在 Mercer定理证明过程中使用了范数和再生希尔伯特空间等概念,但在特征是n维的情况下,这里给出的证明是等价的。核函数不仅仅用在SWM上,但凡在一个模型后算法中出现了,我们都可以常使用区(xz)去替换,这可能能够很好地改善我们的算法。posted on2011-03-1820:22 Jerry Lead阅读(…)评论(…)编辑收藏刷新评论刷新页面返回顶部博客园首页博问新闻闪存程序员招聘知识库Powered by:博客园 Copyright@ Jerry Lead
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