Bp神經(jīng)網(wǎng)絡和pid參數(shù)優(yōu)化的輥縫控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡和PID參數(shù)優(yōu)化的輥縫控制方法及系統(tǒng)。該方法包括步驟：在預先建立的輥縫控制系統(tǒng)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡并設定初始權值，并執(zhí)行以下步驟：步驟A：獲取在當前時刻k的設定輸入值與實際輸出值的差值；步驟B：根據(jù)該差值計算并調(diào)整k時刻的BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸出的P、I、D參數(shù)值；步驟C：根據(jù)該差值及P、I、D參數(shù)值計算PID控制器的輸出值；步驟D：通過該PID控制器的輸出值對控制對象進行控制；重復執(zhí)行上述的步驟A-D，直至差值小于一預定值。本發(fā)明能夠使設備的輥縫位置控制更加精確，提高系統(tǒng)整體的效率。
【專利說明】BP神經(jīng)網(wǎng)絡和PID參數(shù)優(yōu)化的輥縫控制方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于軋鋼自動化控制【技術領域】，特別涉及中厚板生產(chǎn)中矯直機的液壓壓下機構的輥縫控制方法。
【背景技術】
[0002]在軋鋼自動化控制生產(chǎn)的工程中，輥縫控制是核心控制技術之一，輥縫控制是通過控制軋鋼系統(tǒng)的比例閥或者伺服閥，通過調(diào)節(jié)此閥的開口度從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)不同的壓力和流量，這樣便可以使矯直機壓下機構以不同的速度進行上升或者下降運動，從而改變上輥系和下輥系的距離，實現(xiàn)輥縫控制。
[0003]通常輥縫控制系統(tǒng)都是很復雜的，有些輥縫控制系統(tǒng)即使具備較強的專業(yè)理論知識也較難建立系統(tǒng)時域模型，并且建立出的模型也需要試驗驗證其準確性。而對于已進行過準確性驗證的時域模型，在實際的應用中，由于現(xiàn)場工程環(huán)境的惡劣及不可預測的環(huán)境變化，或是人為的對設備進行了局部的修改，均會造成系統(tǒng)時域模型的變化，即可以說實際的輥縫控制系統(tǒng)的模型是一個時變的系統(tǒng)；另外矯直機在矯直板材的時候，即在帶載的情況下，產(chǎn)生的矯直力也會對輥縫控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。
[0004]在輥縫控制系統(tǒng)中，通常在設備進行初期調(diào)試時一般采用PID方法進行調(diào)試，一般工程上調(diào)試PID參數(shù)的方法是臨界振蕩法，將較好的PID參數(shù)通過臨界振蕩法試驗獲得，并設置在輥縫控制系統(tǒng)中。但是輥縫控制系統(tǒng)在初期調(diào)試好、且可以使輥縫控制系統(tǒng)運行良好的PID參數(shù)，僅僅適用當前時刻的控制系統(tǒng)。因為機械、液壓設備的長時間運行，必然會對輥縫控制系統(tǒng)造成損耗，比如說液壓缸的磨損，此時機械、液壓設備外形上沒有變化，但是這些損耗，哪怕是微小的損耗，如果是在關鍵位置上，那么必然會對輥縫控制系統(tǒng)的時域控制模型造成影響，也就是說，帶有損耗后的設備系統(tǒng)時域模型已經(jīng)不再是當初設備調(diào)試初期的那個模型，這樣初期調(diào)試好的PID參數(shù)自然未必能夠?qū)Υ藭r的系統(tǒng)有較好的控制作用。
[0005]因此，現(xiàn)有技術中輥縫控制系統(tǒng)，不能對輥縫控制系統(tǒng)進行實時調(diào)節(jié)，也就不能使輥縫控制系統(tǒng)時刻工作在最佳或是正常的工作狀態(tài)，而矯直工作依靠操作人員的熟練程度，也存在調(diào)節(jié)精度不高且系統(tǒng)自動化程度較低的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有技術中的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID參數(shù)尋優(yōu)控制方法和系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明公開了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID參數(shù)優(yōu)化的輥縫控制方法，包括:
[0008]在預先建立的輥縫控制系統(tǒng)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡并設定初始權值，并執(zhí)行以下步驟:
[0009]步驟A:獲取在當前時刻k的設定輸入值與實際輸出值的差值；
[0010]步驟B:根據(jù)該差值計算并調(diào)整k時刻的BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸出的P、1、D參數(shù)值；
[0011]步驟C:根據(jù)該差值及P、1、D參數(shù)值計算PID控制器的輸出值；[0012]步驟D:通過該PID控制器的輸出值對控制對象進行控制；
[0013]重復執(zhí)行上述的步驟A-D，直至差值小于一預定值。
[0014]本發(fā)明還公開了一種輥縫控制系統(tǒng)，包括:BP神經(jīng)網(wǎng)絡、PID控制器及控制對象；
[0015]該BP神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)當前時刻k的設定輸入值與實際輸出值的差值；計算并調(diào)整輸出的P、1、D參數(shù)值；
[0016]該PID控制器根據(jù)該差值及P、1、D參數(shù)值計算PID控制器的輸出值，并將該輸出值輸入控制對象以對控制對象進行控制；
[0017]該BP神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)設定輸入值與實際輸出值的差值；計算并調(diào)整輸出的P、1、D參
數(shù)值，直至差值小于一預定值。
[0018]本發(fā)明的輥縫控制系統(tǒng)，能夠自動計算出適應當前系統(tǒng)P、1、D三個參數(shù)，并對PID控制器進行調(diào)整，由此使得輥縫系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定精度都得到改善，能夠使設備的輥縫位置控制更加精確，提高系統(tǒng)整體的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1所示為本發(fā)明的輥縫控制系統(tǒng)中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡結構示意圖；
[0020]圖2所示為本發(fā)明的輥縫控制系統(tǒng)中的結構示意圖；
[0021]圖3所示為本發(fā)明的輥縫控制方法的流程圖；
[0022]圖4-圖6所示為本發(fā)明的輥縫控制系統(tǒng)的仿真示意圖。
【具體實施方式】
[0023]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及所附附圖在本質(zhì)上是當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0024]本發(fā)明的目的在于提高輥縫控制系統(tǒng)在時域模型的準確性，提出一種基于BP(Back Propagation,反向傳播)神經(jīng)網(wǎng)絡和 PID(proportion、integral、derivative ；比例、積分、微分)參數(shù)優(yōu)化的棍縫控制方法，該方法通過在矯直機的PLC (Programmable LogicController,可編程邏輯控制器)控制系統(tǒng)中采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化PID控制器的參數(shù)，根據(jù)矯直機的實時狀態(tài)對輥縫進行精確控制，如對上輥系(液壓)的壓下動作進行準確控制，以提高輥縫控制的效率。
[0025]本案的輥縫控制系統(tǒng)采用實時調(diào)整PID參數(shù)的方法，PLC控制系統(tǒng)不再是一成不變的，PLC控制系統(tǒng)會隨著控制對象的改變而改變，從而使控制系統(tǒng)具有更強的魯棒性，本案PLC控制系統(tǒng)主要是對其中的PID控制器的P、1、D三個參數(shù)值進行調(diào)整，以適應輥縫狀態(tài)的改變，實現(xiàn)對輥縫更精確的控制。
[0026]本發(fā)明的技術方案中，在輥縫控制系統(tǒng)中建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行PID參數(shù)尋優(yōu)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡的具體結構示意圖參見圖2所示。在BP神經(jīng)網(wǎng)絡中，輸入端設定的輸入值為r，實際輸出值為1，輸入值r與實際輸出值y的差值為e，該e的值即為誤差值。在PID控制器中，比例、積分和微分參數(shù)分別是P、I和D，P參數(shù)的輸入數(shù)值設為KP、I參數(shù)輸入數(shù)值設為
1、D參數(shù)輸入數(shù)值設為Kd。
[0027]BP神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)輥縫控制系統(tǒng)的時域模型，計算出適合當前輥縫控制的KP、K1和Kd三個參數(shù)，在初始階段，通常BP神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出結果并不能及時跟隨設定輸入值，由此使得矯直機的最終目標輥縫位置不能及時達到設定輸入值所指定的位置，這樣就會有位置差產(chǎn)生。設定輸入值與實際輸入值之差即為誤差值。BP神經(jīng)網(wǎng)絡的作用在于實時的根據(jù)系統(tǒng)當前的誤差值，修正BP神經(jīng)網(wǎng)絡的權值，從而不斷在線更新BP神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出結果，及PID控制器的P、1和D的參數(shù)值，從而使BP網(wǎng)絡的輸出值更適合當前控制對象所需的比例積分微分參數(shù)，使矯直機的目標輥縫值能及時向設定輥縫值調(diào)整，提高輥縫控制系統(tǒng)的響應速度和實時性，使輥縫控制系統(tǒng)具有更強的抗干擾和更好的動態(tài)品質(zhì)。
[0028]BP神經(jīng)網(wǎng)絡的具體工作流程參見圖3所示，包括:
[0029]步驟1:系統(tǒng)初始化，初始化BP神經(jīng)網(wǎng)絡結構及權值；如，建立一個輸入為4個節(jié)點，隱層為5個節(jié)點，輸出層為3個節(jié)點的網(wǎng)絡結構，這樣的網(wǎng)絡結構如圖1所示，因為需要預求KP、K1和Kd三個參數(shù)的值，所以輸出層為3個節(jié)點，3個節(jié)點的輸出值就是Kp、K1和Kd的結果。這種網(wǎng)絡結構能提高控制系統(tǒng)的響應速度和實時性，使系統(tǒng)具有更強的抗干擾和更好的動態(tài)品質(zhì)。
[0030]BP神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入層與隱層之間的權值矩陣的初始權值可設置在一預定的實數(shù)范圍內(nèi)，如[-0.5,+0.5]之間，在該范圍內(nèi)取隨機數(shù)值即可，該數(shù)值范圍可根據(jù)由工作人員根據(jù)控制系統(tǒng)的具體需求進行設定。比如可設置為[-0.5，+0.5]之間的數(shù)值，由此形成的權值矩陣如下:
【權利要求】
1.一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID參數(shù)優(yōu)化的輥縫控制方法，其特征在于，包括: 在預先建立的輥縫控制系統(tǒng)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡并設定初始權值，并執(zhí)行以下步驟: 步驟A:獲取在當前時刻k的設定輸入值與實際輸出值的差值；步驟B:根據(jù)該差值計算并調(diào)整k時刻的BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸出的P、1、D參數(shù)值； 步驟C:根據(jù)該差值及P、1、D參數(shù)值計算PID控制器的輸出值； 步驟D:通過該PID控制器的輸出值對控制對象進行控制； 重復執(zhí)行 上述的步驟A-D，直至差值小于一預定值。
2.根據(jù)權利要求1所述的輥縫控制方法，其特征在于，根據(jù)該差值及P、1、D參數(shù)值計算PID控制器的輸出值的公式為:
3.根據(jù)權利要求1所述的輥縫控制方法，其特征在于，該差值的預定值為0.01mm。
4.一種輥縫控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:BP神經(jīng)網(wǎng)絡、PID控制器及控制對象； 該BP神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)當前時刻k的設定輸入值與實際輸出值的差值；計算并調(diào)整輸出的P、1、D參數(shù)值； 該PID控制器根據(jù)該差值及P、1、D參數(shù)值計算PID控制器的輸出值，并將該輸出值輸入控制對象以對控制對象進行控制； 該BP神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)設定輸入值與實際輸出值的差值；計算并調(diào)整輸出的P、1、D參數(shù)值，直至差值小于一預定值。
5.根據(jù)權利要求4所述的輥縫控制系統(tǒng)，其特征在于，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入層為4個節(jié)點，隱層為5個節(jié)點，輸出層為3個節(jié)點。
【文檔編號】B21B37/58GK103639211SQ201310716867
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2013年12月23日
【發(fā)明者】宋小平 申請人:太原重工股份有限公司