基于免疫遗传算法优化的输油泵模糊控制方法研究_0.doc

基于免疫遗传算法优化的输油泵模糊控制方法研究 摘要针对普通遗传算法优化模糊控制器收 敛慢,很难对输油泵有效控制的问题,介绍了基于 免疫遗传算法优化模糊控制方法,以便能够时管道 流量,入口压力,出口压力进行协调优化控制. 关键词免疫遗传算法模糊控制输油泵 优化 输油系统不稳定的压力,流量可能会导致事 故的发生.但输油泵系统存在严重的非线性和不 确定性,另外还受到原油物性,环境温度,管道沉 积等不确定因素的影响,因此其数学模型具有非 线性,耦合,时变的特点,采用常规的PID控制器 难以实现对输油泵的入口压力,出口压力以及管 道流量的协调控制.智能控制方法具有不依赖于 对象的数学模型的特性,鲁棒性强,能够很好地克 服伺服系统中模型参数变化和非线性等不确定因 素的影响,因此,国内外一些学者对此作了一些有 益的探索I-..但采用传统的遗传算法对模糊控制 进行优化,很容易出现”早熟”现象,免疫遗传算法 (ImmuneGeneticAlgorithm,IGA)是一种模拟自然 选择和进化过程的寻优算法,能够随对象的变化 而发生变化,有效地提高寻优速度,改善寻优质 量,所以基于IGA优化的模糊神经网络控制方 法,融合了模糊控制和神经控制各自的优点,不依 赖于控制对象,不仅能够满足动,静态性能要求, 而且能够抑制各种非线性因素对系统的影响,具 有较强的鲁棒性. 1输油泵模糊控制器的设计 输油泵系统的入口压力,出口压力,管道流量 的自动调节是输油系统安全,高效运行的重要保 证,输油泵系统为单输入三输出系统日I,输入量是 转速(n),输出量是入口压力(),出口压力(), 流量(Q).根据熟练操作人员和专家的经验,得出 它的基本调节原理如下. a)泵入口压力:当较小时,降低电机转速, 当较大时,提高电机转速. b)泵的出口压力:当较大时,降低电机转 速,当较小时,提高电机转速. C)管道流量(Q):当Q较大时,降低电机转 速,当Q较小时,提高电机转速. 由于输油泵系统存在着较强的非线性,不确 定因素较多,因此,可以使用模糊控制器来对输油 收稿日期:2008一O1—18 作者简介:曾茹,高级工程师,1997年毕业于 石油大学(华东)油气储运专业,现就读于中国 石油大学(北京)石油与天然气工程专业工程 硕士,任中国石化管道储运分公司黄岛油库输 油一队副队长. SAFETYHEALTHamp;ENVIRONMENT 安全技术 泵进行控制.由于本系统存在强耦合性,所以控制 器的设计不能简单采用单变量模糊控制器的设计 方法,根据相似原理,对应于一个流量(Q)就有一 个确定的转速(/2),这样可以采用控制量的基值与 凋节值相结合的方法进行控制,即采用n=kQ(/2 为电机转速,r/rain;k为系数;Q为流量,m3/h)作 为控制量的基值,模糊控制器的输出△n作为控 制量的调节值.根据系统控制的要求,并且尽量减 少控制的规则,可以采用更有效的两个控制器进 行控制.控制器的结构如图1所示,图1中模糊控 制器FLC1(FuzzyLogicContro1)的输人为,输出 为△n.;模糊控制器FLC2的输入为,输出为 △n2. 将两个模糊控制器的输出相融合,按式(1)确 定控制量的调节值. △n(五1)=△n(七一1)+△nl×+△n2×/3(1) 最终控制量(电机转速)=n+△n(k),其中,, 为融合因子,c~+/3=1. 图1输油泵机组的模糊控制 首先对输入量和输出量的论域进行模糊划 分,根据经验可以推断出模糊变量,,△Q,△/2 的语言值均为f负大(NB),负中(NM),负小(NS), 零(SE),正小(PS),正中(PM),正大(PB)1,模糊 论域选择为f-t/,,一n+l,…,n一1,凡1,这样根据操作 人员的经验和专业知识,可制定如表1,表2所示 的控制规则. 表1fLC1模糊控制规则(n) @2008g~8卷第4期 2基于免疫遗传算法的模糊控制器的优化 通常模糊控制器隶属度函数的选取全凭经 验,带有很大的主观性,文献l2l使用了遗传算法对 模糊控制器进行了优化,但是普通的遗传算法存 在着收敛性能差的缺点.因此本文使用了免疫遗 传算法l4J对其进行优化,其过程如下. 表2FLC2模糊控制规则(n) NMZEPSPSPM NSNSZEZEPSPM ZENSNSZEZEPS PSNMNSZEZEPs PMNMNSNSZE a)编码形式及初始化.读人初始化文件,根 据给定问题(视为抗原)进行具体分析,找出最基 本的特征信息,进而确定优化变量,待寻优的为4 个语言变量隶属函数的参数和融合因子(/3= 1一,它的寻优可以简化为对的寻优).C.,C2,C,, 表示决定隶属函数在论域内分布的参数,为了 计算方便,取隶属函数为轴对称,则CL=-C4, C=一C,,这样待寻