基于plc单神经元pid控制器设计与实现

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1、学兔兔www.xuetutu.com、l訇化基于PLC的单神经元PID控制器的设计与实现DesignandimplementationofsingleneuronPIDcontrollerbasedonPLC任俊杰RENJun-iie(北京联合大学自动化学院，北京1OOlO1)摘要：本文对于大滞后、时变和非线性的复杂系统，常规PID控制显得无能为力。将神经网络与常规PID控制相结合，构成单神经元自适应PID控制器。给出了基于PLC的单神经元PID控制系统结构，重点介绍了单神经元PID控制算法原理，并用结构控制语言编写了单神经元P

2、ID控制算法功能块，该控制功能块具有通用性且易于移植。经实例证明，与传统PID控制器相比较，单神经元PID控制器可以显著改善系统的性能。关键词：单神经元；PID；PLC；结构控制语言中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009—0134(2012)07(下)-ooi1—03Doi：10．3969／J．issn．1009—0134．2012．7(下)．040引言元PID算法的运算得到输出操作信号(，经PLC的AO模块进行D／A转换，用于驱动执行机构，PID控制由于其算法简单、容易实现和鲁棒性实现对被控对象的控制。好等特点

3、，被广泛应用于工业过程控制并取得了良好的控制效果。但当被控对象数学模型复杂，尤其2单神经元PID控制器算法原理对于大滞后、时变和非线性的复杂系统，常规PID传统连续型PID控制器的控制规律为：控制显得无能为力，其应用受到很大的限制和挑+战，因此，需要在传统的PID控制上加入先进的智，寺+l(1)能控制算法，使得控制效果更为理想。神经网络具式中：一比例系数；矸一积分时间常数；有逼近任意连续有界非线性函数的能力，对于非线一微分时间常数。性系统和不确定性系统，是一种解决问题的有效途设采样周期为丁，将式(1)离散化，得离散径Ⅲ。本文将神

4、经网络与常规PID控制相结合，发化标准位置式PID算式：挥各自的优势，形成神经元自适应PID控制器，并在PLC中设计实现。与传统PID相比较，具有响“(k)=P(j})+∑P()+[e(k)-e(k一1)】(2)应速度快、抗干扰能力强和超调量小等特点。式中：、K、分别为比例、积分和微分系1基于PLC的单神经元PID控制系统数，e(k)为第k次所得偏差信号，u(k)为第k次采结构样时刻控制器的输出值。控制系统采用单神经元组成的PID控制器，根据(2)式可得到增量式PID控制算法为：它具有传统PID控制器的优点，也具有神经网络Au(

5、k)：K。[P()一e(k一1)]+Ke()+‘，(3)的并行结构和学习记忆功能，并且结构简单，易Kdle(k)一2e(k—1)+e(k一2)J于实现。以PLC作为控制器构成的单神经元PID控制系统如图1所示。图1中虚线部分为单神经元PID控制器。检测元件将被控量实际值Y测量转换为1-5V电压信号或4—20mA电流信号，该模拟信号接至PLC的AI模块，进行A／D转换。将测量值Y图1单神经元PID控制系统结构与给定值，．比较，通过二者的偏差(进行单神经收稿日期：2011-12-19基金项目：北京市属高等学校人才强教计划资助项目(P

6、HR201108403)；北京市教委科技计划项目(KM201011417011)I北京联合大学校级科研项目(zk200920x)作者简介：任俊杰(1972-)，女，河北石家庄人，讲师，硕士，主要从事自动控制和控制工程的教学与研究工作。第34卷第7期2012-7(下)[111学兔兔www.xuetutu.coml匐化将偏差的比例、积分和微分的三个分量作为以S7300PLC作为控制器，采用SCL语言编单神经元的输入量，就构成量单神经元PID控制写了功能块FB3来实现单神经元PID控制算法。器，其结构如图l虚线部分所示。3．1变量声明

7、及初始化图1中，根据给定输入信号，一(D和实际输出采用SCL编：写单神经元PID算法时，先要进信号y(足)，经状态转换器转换为神经元的输入量行变量声明及初始化。变量包括输入变量、输出X(尼)，X(足)，X(，即对应积分、比例和微分的三变量及中间变量。个分量分别为：。根据单神经元PID控制算法，定义的输入变fx(尼)=P()量包括设定值、过程值、学习速率、权系数、神．{：()=e()一e(一1)(4)经元的比例系数以及单神经元PID控制器输出的L()=e()一2e(k一1)+e(k一2)最大值最小值，并且在变量声明时给出了变量数单

8、神经元输出为：据类型和初始值。SCL语言编写如下：VARINPUT土_u(k)=“(七一1)+Au=u(k一1)+K(()(5)SV：REAL；／／设定值i=13PV：REAL；／／过程值wi(k)=(七)／∑I(七)I(6)xiteP：REAL：----0-4