基于神经网络的恒压供水系统设计

摘要：本设计基于中小楼房管道供水系统，采用AT80C51单片机、压力传感器、变频器、A／D转换、D／A转换电路等设备和元器件，结合工业智能控制技术，采用BP算法的神经网络PID调节器，利用自身的在线学习功能，实现自动调节连接权重，减小系统因变参数与非线性等因素的影响，从而提高系统的鲁棒性，达到恒压供水的目的。
关键词：BP神经网络；恒压；供水；AT89C51；PID

本设计是征对楼房自来水管道供水系统，主要研究的是基于AT89C51微处理器的压力参数的控制和调节，也就是以AT89C51单片机为处理器，通过A／D、D／A转换单元与电路，通过基于BP算法的神经网络PID调节器，从而控制变频器，通过变频器驱动交流电机，然后控制执行对象齿轮泵，使得供水系统管道的压力无论在用水的高峰期或者低峰期基本保持不变，达到恒压供水目的。

1 系统总体方案设计
1．1 恒压供水系统基本模型
恒压供水系统模型如图1所示。该系统是一个单闭环控制系统，控制的主要任务是让供水系统管道的压力等于某个固定的值，从而减少或者消除应用水量的大小等内部和外部因素的影响。

单闭环控制系统因其结构简单、投资小、操作简单，并能够满足一般生产过程的要求，所以被广泛应用。在控制系统中，调节器参数的选择直接影响控制系统的质量。在工业控制中通过数字改造，可以提高设计的效率，但是由于电动机参数的非线性和时变性，具体实施还是比较困难。因此考虑到以上问题的存在，对常规模拟系统进行数字化改造，引入神经网络控制，通过它具有的在线学习能力，自动调节权重系数，实现对复杂系统的控制。
1．2 恒压供水系统的作用与功能
该系统是一个基于AT89C51单片机的恒压供水系统，其系统结构如图2所示。

主要组成单元有管道压力检测单元、A／D转换单元、基于单片机的控制单元和基于神经网络PID调节器组成的管道压力的变频调速单元。具体工作过程是：给定恒压供水系统的值，通过压力传感器获取当前管道的压力值，通过A／D转换器将模拟信号变换成数字信号，然后输送到AT89C51和给定值进行比较，得到偏差信号，该偏差信号通过基于神经网络BP算法的数字PID调解后，输出一个转速控制信号，通过D／A转换，控制变频器的转算，达到自动调节供水系统的压力达到一个稳定的值。