基于WLAN與單神經(jīng)元自適應的空調系統設計
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常規PID控制器的控制算法式為
式(1)中為實(shí)際值與給定值的偏差，e(t)=yr-y；Kp為比例增益；Ti為積分時(shí)間常數；Td為微分時(shí)間常數。當采用周期T。較短時(shí)，離散化后，可得常規PID控制的增量型算式為：
結合以上的常規PID調節器的控制機理，一個(gè)基于單神經(jīng)元模型的自適應PID控制器的結構圖如圖3所示。
圖中狀態(tài)變換器的輸入為系統的輸出偏差信號e(k)，yr為設定輸入，y為過(guò)程的實(shí)際輸出，ri為性能指標或遞進(jìn)信號，K為神經(jīng)元比例系數，K>0。該單神經(jīng)元控制器有3個(gè)狀態(tài)變量xi(k)、x2(k)、x3(k)，這里分別取為：
xi(k)(i=1，2，3)的這種取法有明顯的物理意義：x1(k)反映了系數誤差(相當于積分項)，x2(k)反映了系統誤差的一階差分(相當于比例項)，x3(k)反映了系統誤差的二階差分(相當于微分項)。本文的控制策略如下：
分別稱(chēng)為該神經(jīng)元控制器的積分系數、比例系數、微分系數。
單神經(jīng)元自適應控制器是通過(guò)對加權系數的調整來(lái)實(shí)現自適應、自學(xué)習功能的?？紤]到加權系數應和神經(jīng)元的輸入、輸出和輸出偏差三者的相關(guān)函數有關(guān)，因此加權系數的調整采用有監督的Hebb學(xué)習規則，即：
式(6)、(7)中ri(k)——遞進(jìn)信號或學(xué)習信號，ri(k)隨過(guò)程進(jìn)行逐漸衰減；z(k)——輸出誤差信號，z(k)=y，(k)-y(k)=e(k)；ηi——學(xué)習速率，ηi>0。
可以證明當偏差e(k)充分小時(shí)，wi(k)可收斂到某一穩定值
，且與期望值的偏差在允許范圍內。為保證上述控制學(xué)習算法的收斂性和魯棒性，對上述學(xué)習算法進(jìn)行規范化處理，得：
ηI，ηP，ηD——分別為積分、比例、微分的學(xué)習速率。由式(8)可看出，單神經(jīng)元自適應PID控制器是依據學(xué)習信號所反映的誤差與環(huán)境的變化來(lái)對相應的參數進(jìn)行在線(xiàn)調整，并產(chǎn)生自適應控制作用，這充分體現了其強魯棒性。
5 結束語(yǔ)
根據以上設計的空調系統，將WLAN技術(shù)與單神經(jīng)元自適應PID控制結合起來(lái)，通過(guò)工控機實(shí)現實(shí)時(shí)監控，控制效果良好。選擇WLAN技術(shù)不但減少了布線(xiàn)所需的人力物力的消耗，也增加了系統的靈活性、移動(dòng)性。同時(shí)加上單神經(jīng)元自適應PID控制，使系統具有無(wú)靜差、無(wú)超調、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。
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