基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的恒壓供水系統設計

摘要：本設計基于中小樓房管道供水系統，采用AT80C51單片機、壓力傳感器、變頻器、A／D轉換、D／A轉換電路等設備和元器件，結合工業(yè)智能控制技術(shù)，采用BP算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )PID調節器，利用自身的在線(xiàn)學(xué)習功能，實(shí)現自動(dòng)調節連接權重，減小系統因變參數與非線(xiàn)性等因素的影響，從而提高系統的魯棒性，達到恒壓供水的目的。
關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )；恒壓；供水；AT89C51；PID

本設計是征對樓房自來(lái)水管道供水系統，主要研究的是基于AT89C51微處理器的壓力參數的控制和調節，也就是以AT89C51單片機為處理器，通過(guò)A／D、D／A轉換單元與電路，通過(guò)基于BP算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )PID調節器，從而控制變頻器，通過(guò)變頻器驅動(dòng)交流電機，然后控制執行對象齒輪泵，使得供水系統管道的壓力無(wú)論在用水的高峰期或者低峰期基本保持不變，達到恒壓供水目的。

1 系統總體方案設計
1．1 恒壓供水系統基本模型
恒壓供水系統模型如圖1所示。該系統是一個(gè)單閉環(huán)控制系統，控制的主要任務(wù)是讓供水系統管道的壓力等于某個(gè)固定的值，從而減少或者消除應用水量的大小等內部和外部因素的影響。

單閉環(huán)控制系統因其結構簡(jiǎn)單、投資小、操作簡(jiǎn)單，并能夠滿(mǎn)足一般生產(chǎn)過(guò)程的要求，所以被廣泛應用。在控制系統中，調節器參數的選擇直接影響控制系統的質(zhì)量。在工業(yè)控制中通過(guò)數字改造，可以提高設計的效率，但是由于電動(dòng)機參數的非線(xiàn)性和時(shí)變性，具體實(shí)施還是比較困難。因此考慮到以上問(wèn)題的存在，對常規模擬系統進(jìn)行數字化改造，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制，通過(guò)它具有的在線(xiàn)學(xué)習能力，自動(dòng)調節權重系數，實(shí)現對復雜系統的控制。
1．2 恒壓供水系統的作用與功能
該系統是一個(gè)基于A(yíng)T89C51單片機的恒壓供水系統，其系統結構如圖2所示。

主要組成單元有管道壓力檢測單元、A／D轉換單元、基于單片機的控制單元和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )PID調節器組成的管道壓力的變頻調速單元。具體工作過(guò)程是：給定恒壓供水系統的值，通過(guò)壓力傳感器獲取當前管道的壓力值，通過(guò)A／D轉換器將模擬信號變換成數字信號，然后輸送到AT89C51和給定值進(jìn)行比較，得到偏差信號，該偏差信號通過(guò)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )BP算法的數字PID調解后，輸出一個(gè)轉速控制信號，通過(guò)D／A轉換，控制變頻器的轉算，達到自動(dòng)調節供水系統的壓力達到一個(gè)穩定的值。