基于神經(jīng)網(wǎng)絡的恒壓供水系統(tǒng)設計

摘要：本設計基于中小樓房管道供水系統(tǒng)，采用AT80C51單片機、壓力傳感器、變頻器、A／D轉(zhuǎn)換、D／A轉(zhuǎn)換電路等設備和元器件，結(jié)合工業(yè)智能控制技術(shù)，采用BP算法的神經(jīng)網(wǎng)絡PID調(diào)節(jié)器，利用自身的在線學習功能，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)連接權(quán)重，減小系統(tǒng)因變參數(shù)與非線性等因素的影響，從而提高系統(tǒng)的魯棒性，達到恒壓供水的目的。
關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡；恒壓；供水；AT89C51；PID

本設計是征對樓房自來水管道供水系統(tǒng)，主要研究的是基于AT89C51微處理器的壓力參數(shù)的控制和調(diào)節(jié)，也就是以AT89C51單片機為處理器，通過A／D、D／A轉(zhuǎn)換單元與電路，通過基于BP算法的神經(jīng)網(wǎng)絡PID調(diào)節(jié)器，從而控制變頻器，通過變頻器驅(qū)動交流電機，然后控制執(zhí)行對象齒輪泵，使得供水系統(tǒng)管道的壓力無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(tǒng)總體方案設計
1．1 恒壓供水系統(tǒng)基本模型
恒壓供水系統(tǒng)模型如圖1所示。該系統(tǒng)是一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制的主要任務是讓供水系統(tǒng)管道的壓力等于某個固定的值，從而減少或者消除應用水量的大小等內(nèi)部和外部因素的影響。

單閉環(huán)控制系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單、投資小、操作簡單，并能夠滿足一般生產(chǎn)過程的要求，所以被廣泛應用。在控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇直接影響控制系統(tǒng)的質(zhì)量。在工業(yè)控制中通過數(shù)字改造，可以提高設計的效率，但是由于電動機參數(shù)的非線性和時變性，具體實施還是比較困難。因此考慮到以上問題的存在，對常規(guī)模擬系統(tǒng)進行數(shù)字化改造，引入神經(jīng)網(wǎng)絡控制，通過它具有的在線學習能力，自動調(diào)節(jié)權(quán)重系數(shù)，實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的控制。
1．2 恒壓供水系統(tǒng)的作用與功能
該系統(tǒng)是一個基于AT89C51單片機的恒壓供水系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

主要組成單元有管道壓力檢測單元、A／D轉(zhuǎn)換單元、基于單片機的控制單元和基于神經(jīng)網(wǎng)絡PID調(diào)節(jié)器組成的管道壓力的變頻調(diào)速單元。具體工作過程是：給定恒壓供水系統(tǒng)的值，通過壓力傳感器獲取當前管道的壓力值，通過A／D轉(zhuǎn)換器將模擬信號變換成數(shù)字信號，然后輸送到AT89C51和給定值進行比較，得到偏差信號，該偏差信號通過基于神經(jīng)網(wǎng)絡BP算法的數(shù)字PID調(diào)解后，輸出一個轉(zhuǎn)速控制信號，通過D／A轉(zhuǎn)換，控制變頻器的轉(zhuǎn)算，達到自動調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)的壓力達到一個穩(wěn)定的值。