《免疫PID控制在热工过程控制系统中的应用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《免疫PID控制在热工过程控制系统中的应用研究（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 0 0 5 中国控制与决策学术年会论文集9 3 0P r o c e e d i n g so f2 0 0 5C h i H e 5 eC o n t r o ld n dD e c i “C b m r P ”c e免疫P I D 控制在热工过程控制系统中的应用研究杨平1 ，彭道刚1 ，王勇2 ，曾婧婧3 ，徐春梅3( 1 上海电力学院信息与控制技术系，上海2 0 0 0 9 0 ；2 上海电力学院计算机科学与工程系上海2 0 0 0 9 0 ；3 同济大学控制科学与工程系上海2 0 0 0 9 2 )摘要：生物免疫系统是一种在大量干扰和不确定性环境中都具有很强鲁棒性和自适应性的系统借
2、鉴生物免疫反馈响应过程的调节规律，提出将免疫P I D - P I 串级控制策略应用于火电厂过程控制系统的主汽温对象，并用仿真研究证明了该控制荒略的有效性和可行性关犍谲：免疫P I D 控制 免疫系统l 热工控制系统；主汽温系坑A p p l i c a t i o no fi m m u n eP I Dc o n t r o lt ot h e r m a lp r o c e s sc o n t r o ls y s t e mY A N GP i n 9 1 ，P E N GD a o g a n 9 1 ，W A N GY o n 9 2 Z E N GJ i n g r i n
3、9 3 ，X UC h u n m e i 3( 1 D e p a r t m e n to fI n f o r m a t i o na n dC o n t r o lT e c h n o l o g y S h a n g h a iU n i v e r s i t yo fE l e c t r i cP o w e r ，S h a n g h a i2 0 0 0 9 0 C h i n a ；2 D e p a r t m e n to fC o m p u t e rS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y S h a n g h a
4、iU n i v e r s i t yo I E l e c t r i cP o w e r ，S h a n g h a i2 0 0 0 9 2 ，C h i n a ：3 D e p a r t m e n to fC o n t r o lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，T o n g j iU n i v e r s i t y S h a n g h a i2 0 0 0 9 2 ，C h i n a C o r r e s p o n d e n t ：Y A N GP i n g ，E m a i l ：a r g y p
5、l 8 1 8 9 0 n e t )A b s t r a c t ：B i o l o g yi m m u n es y s t e mh a ss t r o n gr o b u s t n e s sa n ds e l f - a d a p t i v ea b i l i t ye v e nu n d e ra m o u n t sd i s t u r b a n c e sa n du n c e r t a i nc o n d i t i o n sU s i n gt h ee f f e c to fi m m u n ef e e d b a c kr e
6、g u l a t i n gl a w s ，a ni m m u n eP I D - P Ic a s c a d ec o n t r o lf o rt h em a i ns t e a mt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e mi sp r e s e n t e d S i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h i ss t r a t e g yi se f f e c t i v ea n dp r a c t i c a b l ef o rt h e r m a lp
7、 r o c e s sc o n t r o ls y s t e m K e yw o r d s ：i m m u n eP I Dc o n t r o l Ii m m u n es y s t e m t h e r m a lc o n t r o ls y s t e m ；m a i ns t e a mt e m p e r a t u r es y s t e m1 引言P I D 控制是最早发展起来的工业过程控制方法，也是应用最为广泛的控制策略之一，它所涉及的设计算法和控制结构非常简单，易于参数调整传统的火电厂热工过程控制系统大多采用常规的P I D 控制策略，但是大多
8、热工对象具有时变、不确定和非线性等特性，所以采用常规的P I D 控制很难取得满意的控制品质生物免疫系统是一种在大量干扰和不确定性环境中都具有很强鲁棒性和自适应性的系统，能对侵入机体的非己成分( 如细胞、病毒和各种病原体等)以及发生突变的自身细胞( 如癌细胞) 进行精确识别、适度响应和有效排除+ 没有免疫系统的保护，生物体不可避免地会受到感染并导致死亡 1 人工免疫系统是研究借鉴、利用生物免疫系统( 主要是人类免疫系统) 各种原理和机制而发展起来的各类信息处理技术、计算技术及其在工程和科学中应用的各种智能系统的统称它作为一种智能信息处理系统是目前新兴的研究领域，并在人工智能、机器人、控制、优化
9、、模式识别、故障诊断、分类等领域有了初步的研究成果口 本文借鉴生物免疫反馈响应过程的调节作用，提出将免疫P I D 控制策略应用到火电厂热工过程控制系统中的主汽温对象仿真结果表明，在被控对象参数变化及具有扰动的情况下，优于常规的P I D 控制方法，控制系统具有较强的鲁棒性和抗干扰能力 2 免疫系统的反馈机翩免疫系统主要分为天生免疫系统和适应性免 乍者简介：杨平( 1 9 5 4 一) ，男，浙江诸暨人，教授，研究方向为计算机检测技术、故障诊断等杨平等：免疫P I D 控制在热工过程控制系统中的应用研究9 3 1疫系统两种，它由具有免疫功能的器官、组织、细胞、免疫效应分子及有关基因等组成。可以
10、保护机体抗御病原体、有害异物及癌细胞等致病因子的侵害免疫系统中最重要的细胞是淋巴细胞，主要有B 细胞和丁细胞两类淋巴细胞免疫系统的主要功能有：1 ) 免疫防御；2 ) 免疫稳定；3 ) 免疫监视由予丁| 细胞在免疫反应中起关键作用，免疫反馈算法主要是基于生物免疫系统的丁细胞反馈调节原理，如图l 所示图中，A ，为抗原，A a 为抗体，B 为B 细胞，丁。为辅助7 1 细胞，丁；为抑制丁细胞，聪表示丁”细胞分泌白细胞介素，E 表示丁；细胞分泌白细胞介素，圈l免疫系统的反馈机制由图1 可知，当抗原进入机体并经周围细胞消化后，将信息传递给了1 细胞，即传递给r 一细胞和7 1 ，细胞了，细胞用于抑制
11、了1 。细胞的产生，然后刺激B细胞经过一段时问后，B 细胞产生抗体以消除抗原当抗原较多时机体内的7 1 。细胞也较多，而了1 ，细胞却较少，从而产生较多的B 细胞随着抗原的减少，体内的丁，细胞增多，它抑制了丁一细脆的产生，则B 细胞也随着减少经过一段时间间隔后，免疫反馈系统便趋于平衡抑制机理和主反馈机理之间的相互协作，是通过免疫反馈机理对抗原的快速反应和稳定免疫系统完成的 3 免疫P I D 控制器3 1 免疫反馈规则基于上述丁细胞免疫反馈机制的免疫反馈规则，定义第k 代的外部物质量e ( ) = y ( 一1 ) 一“( 一d ) ( 1 )其中：y 是外部物质的增殖因子，虮m ( ) 是杀
12、伤了_ 细胞的数量，d 是死亡时间受到外部物质T 一( ) 刺激的来自辅助丁细胞的输出定义为7 ( 1 ) = K l e ( k ) ( 2 )其中K ，是丁一细胞的刺激因子，符号为正虽然抑制了1 细胞禁止其他细胞活动，考虑该功能应用到反馈控制。假设抑制丁细胞对B 细胞T ，( ) 作用为T 。( ) = K 2 f E A u k m ( 女) e ( ) ( 3 )其中：琏是了1 ，细胞的抑制因子，符号为正；A u u ( 女)定义为A u H I l ( ) 一“l ( 屉一d ) 一“k m ( 矗一d 一1 ) ( 4 )式( 3 ) 中厂( ) 为一选定的非线性函数引入负责杀伤T
13、 细胞和第( 一d ) 代外部物质的反应作用，函数，( ) 定义为，( z ) 一1 0 一e x p ( 一r 2 ) ，( 5 )其中a 0 为一个改变函数形式的参数选择不同的n ，函数，( ) 的输入输出关系不同，d 越大，( )曲线越平滑，但对所有的z ，总有，o ) o ，1 B 细胞接收的总刺激为 S ( 1 ) 一T H ( ) 一F ( ) ，( 6 )其中B 细胞的活动通过对S ( ) 积分给出假设杀伤7 1 细胞的嚣由B 细胞活动微分给出，则杀伤T 细胞的“( ) 量为“蚓I ( ) = K 】E ( 七) 一K 2 f - A u u J ( 正) ( 矗) =K 1 一
14、r o f E , u H l ( ) ) e ( ) ( 7 )其中：K = K ，7 。= K 。K 。式( 7 ) 即为免疫反馈规则从式( 7 ) 可以看出，参数K 控制应答速度，参数巩控制稳定作用因此，免疫反馈规尉的性能极大地依赖于如何选择这些因子3 2 免疫P 控制器常规P I D 控制是将偏差的过去、现在和未来的信息进行综合考虑将生物免疫原理与常规P I D 控制相结合，可以相互取长朴短，以进一步提高系统的控制性能免疫P 控制器是借鉴生物系统的免疫机理而设计的一种非线性控制器免疫系统虽然十分复杂，但其抗御抗原的自适应能力却十分明显生物信息系统的这些智能行为，为科学和工程领域提供了各
15、种理论参考和技术方法考虑常规P 控制器的控制算法为“( ) 一K z ( ) ，( 8 )其中置。为比例系数，它的作用是可对给定值与输出阃的偏差及时作出反应基于上述免疫反馈规则，提出免疫P 控制器，即以外部物质量e ( ) 作为偏差P ( ) ，B 细胞接收的总刺激S ( ) 作为控制输入“( ) ，则有如下的反馈控制规律： “( ) = K 1 一耵 “( 女) ( 女) = K e ( ) ( 9 ) 式中：K = K 1 一矿 i ( ) 为比饲系数，增益x= K 。控制反应速度，7 = K 。K 。为控制稳定效果的抑制参数由式( 9 ) 可知，基于免疫反馈原理的控制器实际上是一个非线性
16、P 控制器其比例系数K 随控制器输出的变化而变化，增益K 通过使用自己的9 3 22 0 0 5 中国拉制与决策学术年会论文羹输出来调节但是t P 型免疫控制器对于二阶及高阶对象不是很有效，不能补偿噪声或非线性干扰引起的控制误差要克服这些问题，改进为下面的P I D 型免疫控制器。3 3 免疫P I D 控制器考虑常规P I D 控制输出为“( 五) = K p1 + 叁1 + 足a 苎_ i 土) e ( 景) ，( 1 0 )式中K 。，K 和鼠分别为比例、积分和微分系数比例作用K 。可对给定值与输出间的偏差及时作出反应；积分作用K 主要用来消除静差，提高控制精度， 改善系统的静态特性 微分作用局主要是减
