基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的生物質(zhì)氣化爐的智能控制

　　摘 要：隨著(zhù)社會(huì )工業(yè)化速度的不斷加速，能源的競爭愈來(lái)愈激烈。生物質(zhì)能源作為一種可再生的清潔能源被廣泛認可，生物氣化技術(shù)就是利用生物質(zhì)能的一種有效手段，對經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境的保護都起到積極作用。但是，生物氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù)，其工作過(guò)程十分復雜，包含著(zhù)大量的不確定因素，這就需要運用生物質(zhì)氣化爐的智能控制系統來(lái)達到預期的控制效果。新形勢下，積極運用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )對生物質(zhì)氣化爐進(jìn)行智能控制，是實(shí)現可靠控制效果的重要舉措。

　　關(guān)鍵詞：模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ) 智能控制 生物質(zhì)氣化爐

　　生物質(zhì)氣化過(guò)程是一項復雜化學(xué)反應過(guò)程，具有非線(xiàn)性、不穩定性、負荷干擾等特性，只有實(shí)行智能控制才能受到良好的控制效果。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )作為智能研究比較活躍的領(lǐng)域，有效融合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和模糊理論的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效的解決生物質(zhì)氣化過(guò)程中的非線(xiàn)性、模糊性等問(wèn)題，既保證控制的精確度，又能進(jìn)行快速地升降溫。本文通過(guò)對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的內涵特征進(jìn)行全面分析，闡述了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的生物質(zhì)氣化爐的智能控制，并通過(guò)仿真實(shí)驗進(jìn)行反復驗證。

　　一、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的內涵功能

　　簡(jiǎn)而言之模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )就是具有模糊權值和輸入信號的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是自動(dòng)化控制領(lǐng)域內一門(mén)新興技術(shù)，其本質(zhì)上是將常規的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )輸入模糊信號，因而模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )具備了模糊系統和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢，集邏輯推理、語(yǔ)言計算等能力于一身，具有學(xué)習、聯(lián)想、模糊信息處理等功能。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是智能控制和自動(dòng)化不斷發(fā)展的產(chǎn)物，在充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的并行處理能力的基礎上，大大提高了模糊系統的推理能力。

　　模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是科技發(fā)展的產(chǎn)物，有效吸收了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統和模糊系統的優(yōu)點(diǎn)，在智能控制和自動(dòng)化發(fā)展等方面有著(zhù)重要的作用，能夠有效地處理非線(xiàn)性、模糊性等諸多問(wèn)題，在處理智能信息方面能夠發(fā)揮巨大潛力。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )形式多種多樣，主要包括邏輯模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、算術(shù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、混合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等多種類(lèi)型，被廣泛的運用于模糊回歸、模糊控制器、模糊譜系分析、通用逼近器等方面的研究中，隨著(zhù)智能控制和自動(dòng)化領(lǐng)域的不斷發(fā)展，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )廣泛應用于智能控制領(lǐng)域。

　　二、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的生物質(zhì)氣化爐的智能控制系統

　　2.1 溫度智能控制系統

　　生物質(zhì)熱值、給料理以及一次風(fēng)量等因素變化能夠影響到生物質(zhì)氣化爐的爐溫，但是最重要的影響因素是在氣化爐工作過(guò)程中物料物理和化學(xué)反應的放熱和吸熱。由于生物質(zhì)氣化工作過(guò)程中的生物質(zhì)熱值的變化范圍較小，在實(shí)際運行中很難測量與控制，有時(shí)可以忽略不計，同時(shí)，該工作過(guò)程中存在非線(xiàn)性和大滯后等問(wèn)題，采用傳統的數學(xué)模型達不到預期測量效果，因此需要利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )設計氣化爐爐溫控制系統，不斷的提高溫度的控制效果。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )首先根據當前溫度以及設定溫度設，主控制器對最優(yōu)的生物質(zhì)物料添加量進(jìn)行預測，然后由副控制根據該添加量，全面跟蹤控制送料速度，從而能夠進(jìn)行精確上料和控制爐溫。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統十分龐大復，其中包含了大量錯綜復雜的神經(jīng)元，蘊含對非線(xiàn)性的可微分函數訓練權值的基本理念。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )具有正向傳遞和反向傳播兩個(gè)不同的功能，在信息的正向傳遞中，采用逐步運算的方式對輸入的數據信息進(jìn)行處理，信息依次進(jìn)入輸入層、隱含層最終到達輸出層。假如在輸出層獲得的輸出信息沒(méi)達到預期效果時(shí)，就會(huì )在計算輸出層的偏差變化值后通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將偏差信號按原路反向傳回，與此同時(shí)各層神經(jīng)元的權值也會(huì )隨之進(jìn)行改變，直到符合預期的控制效果。

　　2.2 含氧量智能控制系統

　　在生物質(zhì)氣化工作過(guò)程中，可燃氣體的含氧量是衡量其生產(chǎn)質(zhì)量的重要依據，能夠嚴重影響氣化產(chǎn)物的安全使用，因此，通過(guò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現生物質(zhì)氣化爐含氧量的智能控制十分重要。其含氧量智能控制系統的目的是為了合理控制可燃氣體的含氧量，從而穩定氣化爐的溫度。但是，一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)量是影響可燃氣體的含氧量的重要因素，所以可以把控制一次風(fēng)量作為主要調節手段，有效地解決含氧量控制和爐溫控制之間的矛盾，在控制爐溫的前提條件下，最大程度地降低可燃氣體含氧量，進(jìn)而有效控制氣化產(chǎn)物含氧量的。生物質(zhì)氣化爐含氧量的智能控制系統是嚴格運用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制原理，主控制器采用溫度模糊免疫 PID控制，根據爐內含氧量和溫度的偏差進(jìn)行推算，查找出鼓風(fēng)機轉速的最優(yōu)狀態(tài)，副控制則以此為根據，全面跟隨與控制鼓風(fēng)機的速度，確保鼓風(fēng)機轉速。生物質(zhì)氣化爐工作過(guò)程中的不同階段和部件具有不同的控制要求，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )就要充分發(fā)揮被控對象的優(yōu)良性能，根據不同的控制要求，合理運用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制原理對 PID參數模型中的數據信息進(jìn)行在線(xiàn)修改，從而達到預期的控制效果。

　　三、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的生物質(zhì)氣化爐智能控制系統的仿真實(shí)驗

　　為了驗證運用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行生物質(zhì)氣化爐的智能控制的真實(shí)效果，對生物質(zhì)氣化爐的溫度智能控制系統進(jìn)行仿真實(shí)驗，并進(jìn)行詳細地分析。為了保證生物質(zhì)氣化爐能夠在條件大體一致的狀態(tài)下進(jìn)行運行狀況，仿真實(shí)驗可以采用組合預測算法。首先要到某廠(chǎng)氣化爐現場(chǎng)采集2000組干燥層溫度數據，并且從中選取連續1500組作為仿真實(shí)驗樣本數據，然后對剩余500組實(shí)驗樣本數據進(jìn)行研究，通過(guò)兩組數據的分析建立預測模型。然后采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )對生物質(zhì)氣化爐的溫度控制系統進(jìn)行三次模擬化實(shí)驗，三種不同情況下的仿真試驗結果為：在無(wú)外界任何干擾的情況下，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制無(wú)論在超調量還是其他方面，都比單純的模糊控制效果好;在生物質(zhì)給料量擾動(dòng)的情況下，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制要比單純的模糊控制所受的影響要小很多;在發(fā)生一次風(fēng)量攪動(dòng)的情況下，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制仍受到極小的影響。從三種不同情況下的仿真試驗中可以看出基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的生物質(zhì)氣化爐的爐溫智能控制系統效果較好，具有極強的抗干擾性，能夠有效地預測氣化爐溫度實(shí)時(shí)值，把平均誤差控制在很小范圍內，并且智能控制系統能實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)際溫度的變化，根據實(shí)際溫度的變化做出相應的變化，從而能夠有效地控制氣化爐溫度和可燃氣體含氧量。

　　四、結束語(yǔ)

　　總之，基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的生物質(zhì)氣化爐的智能控制系統具有較好的控制效果，有效的解決了生物質(zhì)氣化過(guò)程中的一系列問(wèn)題，能夠十分精確地控制生物質(zhì)氣化爐的爐溫及可燃氣體的含氧量，對于保證社會(huì )經(jīng)濟的穩定發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的改善發(fā)揮了重要作用。

　　參考文獻：

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