專利名稱：一種氣體流量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，涉及一種利用計(jì)算機(jī)控制氣體流量的方法。
背景技術(shù)：
飛機(jī)內(nèi)滅火系統(tǒng)由滅火瓶、傳感器、管道、噴嘴構(gòu)成。它是保證飛機(jī)在飛行過程中 突遇火險(xiǎn)的情況下，仍能進(jìn)行安全飛行的重要系統(tǒng)。在某型飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中，為了保證滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理化、最佳化，需要進(jìn)行滅火 系統(tǒng)的原理性試驗(yàn)。氣流模擬系統(tǒng)是飛機(jī)滅火系統(tǒng)原理性試驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備，其主要功能是在試驗(yàn)時(shí)， 為APU艙提供持續(xù)穩(wěn)定的氣流。現(xiàn)有技術(shù)對(duì)氣流控制采取的是經(jīng)典PID控制，通過PID處理模塊的比例、積分和微 分后將得到的處理結(jié)果與目標(biāo)值進(jìn)行比較，但是，由于本系統(tǒng)的復(fù)雜性和氣體本身的物理 特性，經(jīng)典的PID控制在精度和時(shí)效性方面略顯不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種能夠高效、精確控制氣體流量的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，一種氣體流量控制方法，其步驟如下步驟1初始化，在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定目標(biāo)流量，目標(biāo)流量、被控對(duì)象的反饋流量和PID 控制器的輸出反饋一起進(jìn)入DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；步驟2神經(jīng)網(wǎng)路處理，經(jīng)過DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法處理進(jìn)入PID控制器，與PID控 制器的輸出反饋一起作為PID控制器的輸入；步驟3PID處理，經(jīng)過PID控制器的比較處理后產(chǎn)生對(duì)被控對(duì)象的輸入；步驟4PID控制器的輸出經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生模擬信號(hào)進(jìn)入伺服功放進(jìn)行功率放 大；步驟5放大后分成兩路信號(hào)，一路進(jìn)入電動(dòng)閥，通過電動(dòng)閥控制風(fēng)道的開度；另一 路輸入變頻電機(jī)，變頻電機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的風(fēng)量通過風(fēng)道進(jìn)入APU艙；步驟6由傳感器對(duì)風(fēng)道風(fēng)量進(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果輸入信號(hào)調(diào)理器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后 進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并作為下一輪的反饋輸入。步驟2中的所述DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理過程如下目標(biāo)流量、被控對(duì)象的反饋流量和 PID控制器的輸出反饋?zhàn)鳛镈RNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的3個(gè)輸入層節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過輸入層的算法運(yùn)算，產(chǎn)生 輸出進(jìn)入每一個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)，隱層具有自反饋功能，經(jīng)過隱層的算法運(yùn)算，產(chǎn)生的輸出匯集到 輸出層，經(jīng)過輸出層的算法運(yùn)算，產(chǎn)生DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出。所述輸入層、隱層、輸出層的權(quán)值采用帶動(dòng)量項(xiàng)的梯度優(yōu)化算法。所述計(jì)算機(jī)的DI/0輸出開關(guān)量到繼電器驅(qū)動(dòng)，經(jīng)由繼電器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行變頻電機(jī)的 開關(guān)控制。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明氣體流量控制方法在經(jīng)典PID控制理論的基礎(chǔ)上引入DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，通過仿真和試驗(yàn)證明，本發(fā)明比經(jīng)典的PID控制，在控制的響應(yīng) 時(shí)間、達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間和控制的超調(diào)均具有明顯的優(yōu)勢，在APU艙滅火性能原理性試驗(yàn)中 得到了很好的應(yīng)用，有助于提高飛機(jī)滅火性能，提高飛行安全性，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明氣體流量控制方法的流程圖；圖2為本發(fā)明是計(jì)算機(jī)內(nèi)的信號(hào)處理功能模塊的原理圖；圖3為本發(fā)明與經(jīng)典PID的試驗(yàn)控制效果對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明在某型飛機(jī)APU艙滅火系統(tǒng)原理性試驗(yàn)中，應(yīng)用本發(fā)明對(duì)氣體流量進(jìn)行控制。請 參閱圖1，其是本發(fā)明氣體流量控制方法的流程圖。其氣流模擬系統(tǒng)由測控系統(tǒng)和氣路裝置 組成。其中，所述測控系統(tǒng)主要計(jì)算機(jī)(主機(jī)、顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī))、測控通道(A/ D通道、D/A通道、D/I0通道、信號(hào)調(diào)理器、繼電器驅(qū)動(dòng)器)、伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器組成，其 中，所述計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)設(shè)置有信號(hào)處理功能模塊。而氣路裝置主要由電動(dòng)閥、變頻電機(jī)、鼓 風(fēng)機(jī)和風(fēng)道組成。其中，A/D通道、D/A通道、D/I0通道均與計(jì)算機(jī)相連。所述D/A通道從 計(jì)算機(jī)輸出后經(jīng)伺服功效同時(shí)與電動(dòng)閥和變頻驅(qū)動(dòng)相接。然后控制鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)道，從而控 制管路流量，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)APU艙內(nèi)氣流控制。所述D/I0通道經(jīng)繼電器驅(qū)動(dòng)與開關(guān)控制相連， 由該開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)的控制。而傳感器用于監(jiān)控風(fēng)道的管路流量，然后經(jīng)信號(hào)調(diào) 理器和A/D通道后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。請同時(shí)參閱圖2，其是計(jì)算機(jī)內(nèi)的信號(hào)處理功能模塊的原理圖。所述信號(hào)處理功能 模塊由給定值、DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、PID控制器和被控對(duì)象四部分組成。其中，給定值部分是指在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定目標(biāo)流量，目標(biāo)流量、被控對(duì)象的反饋流量 和PID控制器的輸出反饋。DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱層、輸出層以及作用于三者的梯度 優(yōu)化算法，其中，所述隱層具有一輸出的延遲反饋。所述PID控制器可以把收集到的數(shù)據(jù)和 給定目標(biāo)流量進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算輸出值，這個(gè)輸出值的目的是可以讓被 控對(duì)象的流量達(dá)到或者保持在目標(biāo)流量。經(jīng)過DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法處理進(jìn)入PID控制器，與PID控制器的輸出反饋一起作 為PID控制器的輸入，經(jīng)過PID控制器處理后產(chǎn)生對(duì)被控對(duì)象的輸入。所述目標(biāo)流量、被控 對(duì)象的反饋流量和PID控制器的輸出反饋?zhàn)鳛镈RNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的3個(gè)輸入層節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過輸 入層的算法運(yùn)算，產(chǎn)生輸出進(jìn)入每一個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)，隱層具有自反饋功能，經(jīng)過隱層的算法運(yùn) 算，產(chǎn)生的輸出匯集到輸出層，經(jīng)過輸出層的算法運(yùn)算產(chǎn)生DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，并再進(jìn) 入PID控制器。其中，所述輸入層、隱層、輸出層的權(quán)值采用帶動(dòng)量項(xiàng)的梯度優(yōu)化算法。而所述PID控制器輸出經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生模擬信號(hào)進(jìn)入伺服功放。放大后分成 兩路信號(hào)，一路進(jìn)入電動(dòng)閥，通過電動(dòng)閥控制風(fēng)道的開度；另一路輸入變頻電機(jī)，變頻電機(jī) 帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的風(fēng)量通過風(fēng)道進(jìn)入APU艙。由傳感器對(duì)風(fēng)道風(fēng)量進(jìn)行檢測，將檢測 結(jié)果輸入信號(hào)調(diào)理器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由DI/0輸出開關(guān)量到繼電器驅(qū) 動(dòng)，經(jīng)由繼電器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行變頻電機(jī)的開關(guān)控制。
下面給出本發(fā)明氣體流量控制方法的步驟步驟1初始化，在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定目標(biāo)流量，目標(biāo)流量、被控對(duì)象的反饋流量和PID 控制器的輸出反饋一起進(jìn)入DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；步驟2神經(jīng)網(wǎng)路處理，經(jīng)過DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法處理進(jìn)入PID控制器，與PID控 制器的輸出反饋一起作為PID控制器的輸入；步驟3PID處理，經(jīng)過PID控制器處理后產(chǎn)生對(duì)被控對(duì)象的輸入；步驟4PID控制器的輸出經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生模擬信號(hào)進(jìn)入伺服功放，即功率放大 器；步驟5放大后分成兩路信號(hào)，一路進(jìn)入電動(dòng)閥，通過電動(dòng)閥控制風(fēng)道的開度；另一 路輸入變頻電機(jī)，變頻電機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的風(fēng)量通過風(fēng)道進(jìn)入APU艙；步驟6由傳感器對(duì)風(fēng)道風(fēng)量進(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果輸入信號(hào)調(diào)理器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后 進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并作為下一輪的反饋輸入。試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)設(shè)定某一目標(biāo)流量時(shí)，經(jīng)由信號(hào)處理功能模塊運(yùn)算后，將結(jié)果通過測控 通道、伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用到氣路裝置上。同時(shí)氣路裝置的實(shí)時(shí)流量通過傳感器采集、測控通 道反饋回信號(hào)處理功能模塊，信號(hào)處理功能模塊根據(jù)反饋流量和目標(biāo)流量經(jīng)過比較運(yùn)算后 產(chǎn)生新一輪的控制輸出。如此反復(fù)，直到反饋流量達(dá)到并保持在目標(biāo)流量。反饋流量的初 始值為0。請參閱圖3，其是本發(fā)明與經(jīng)典PID的試驗(yàn)控制效果對(duì)比圖。由圖中可以看到，初 次控制的達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間約為經(jīng)典PID控制的0. 4，超調(diào)約為經(jīng)典PID控制的0. 7，因此相對(duì) 于現(xiàn)有技術(shù)的PID控制，其控制在精度和時(shí)效性均具有較大提高。綜上所述本發(fā)明氣體流量控制方法通過結(jié)合DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法和PID控制 原理，實(shí)現(xiàn)了氣體流量的高速、精確控制。通過仿真和試驗(yàn)證明，本發(fā)明比經(jīng)典的PID控制， 在控制的響應(yīng)時(shí)間、達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間和控制的超調(diào)均具有明顯的優(yōu)勢。本發(fā)明氣體流量控 制方法通過對(duì)機(jī)艙內(nèi)氣流控制系統(tǒng)的原理性研究，在APU艙滅火性能原理性試驗(yàn)中得到了 很好的應(yīng)用，有助于提高飛機(jī)滅火性能，提高飛行安全性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種氣體流量控制方法，其特征在于，其步驟如下步驟1初始化，在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定目標(biāo)流量，目標(biāo)流量、被控對(duì)象的反饋流量和PID控制器的輸出反饋一起進(jìn)入DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；步驟2神經(jīng)網(wǎng)路處理，經(jīng)過DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法處理進(jìn)入PID控制器，與PID控制器的輸出反饋一起作為PID控制器的輸入；步驟3PID處理，經(jīng)過PID控制器的比較處理后產(chǎn)生對(duì)被控對(duì)象的輸入；步驟4PID控制器的輸出經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生模擬信號(hào)進(jìn)入伺服功放進(jìn)行功率放大；步驟5放大后分成兩路信號(hào)，一路進(jìn)入電動(dòng)閥，通過電動(dòng)閥控制風(fēng)道的開度；另一路輸入變頻電機(jī)，變頻電機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的風(fēng)量通過風(fēng)道進(jìn)入APU艙；步驟6由傳感器對(duì)風(fēng)道風(fēng)量進(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果輸入信號(hào)調(diào)理器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并作為下一輪的反饋輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體流量控制方法，其特征在于步驟2中，所述DRNN神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)處理過程如下目標(biāo)流量、被控對(duì)象的反饋流量和PID控制器的輸出反饋?zhàn)鳛镈RNN神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的3個(gè)輸入層節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過輸入層的算法運(yùn)算，產(chǎn)生輸出進(jìn)入每一個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)，隱層具 有自反饋功能，經(jīng)過隱層的算法運(yùn)算，產(chǎn)生的輸出匯集到輸出層，經(jīng)過輸出層的算法運(yùn)算， 產(chǎn)生DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體流量控制方法，其特征在于所述輸入層、隱層、輸出層 的權(quán)值采用帶動(dòng)量項(xiàng)的梯度優(yōu)化算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體流量控制方法，其特征在于所述計(jì)算機(jī)的DI/0輸出開 關(guān)量到繼電器驅(qū)動(dòng)，經(jīng)由繼電器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行變頻電機(jī)的開關(guān)控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用計(jì)算機(jī)控制氣體流量的方法。本發(fā)明在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定目標(biāo)流量，目標(biāo)流量、被控對(duì)象的反饋流量和PID控制器的輸出反饋一起進(jìn)入DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法處理進(jìn)入PID控制器，與PID控制器的輸出反饋一起作為PID控制器的輸入；經(jīng)過PID控制器處理和D/A轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)放大并分成兩路信號(hào)，一路進(jìn)入電動(dòng)閥，以控制風(fēng)道的開度；另一路輸入變頻電機(jī)，以帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的風(fēng)量通過風(fēng)道進(jìn)入APU艙；再由傳感器對(duì)風(fēng)量進(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果作為下一輪的反饋輸入。本發(fā)明氣體流量控制方法通過結(jié)合DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法和PID控制原理，實(shí)現(xiàn)了氣體流量的高速、精確控制，具有較廣的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G05D7/06GK101916121SQ20101023422
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者代井波, 榮立燁 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所