城市轨道交通环境控制系统控制策略的探讨

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1、城市轨道交通环境控制系统控制策略的探讨 摘要:简明介绍了城市轨道交通环境控制系统的作用,对其系统结构进行了分析,并着重研究以神经络作为控制方法的控制方案可行性;同时经过建立数学模型来研究神经络应用于城市轨道交通环境控制系统含有良好的控制效果。关键词:城市轨道交通;环境控制系统;神经络城市轨道交通环境就是指影响乘客和操作人员舒适性的一切环境原因,包含温度、湿度、空气流动、噪音、灰尘、气味和振动频率等方面。城市轨道交通系统中有很多机电设备、车辆运行发烧、旅客散热、新鲜空气带入的热量等,使系统的温、湿度逐步升高,在一些站台和通道中乘客还要忍受较高风速的干扰。为了改进城市轨道交通的环境,很多城市全部安

2、装了空调、通风设备,组成了环境控制系统。环境控制系统的启用,降低了城市轨道交通系统的温、湿度,提升了空气质量。1 城市轨道交通环境控制系统分析城市轨道交通环境控制系统的设计按两级管理、昼夜有些人值班的方法进行设置。第一级为中央级,作为防灾控制中心,设于一期工程控制中心大楼中央控制室内;第二级为车站级,作为当地防灾控制室,设于一期工程各车站、车辆段、主变电所、控制中心大楼,除控制中心大楼、车辆段单独设置防灾控制室外,其它地方采取和值班室合设的方法,各车站的防灾控制室和车站控制室合设。系统中央级和车站级间的信息交换,利用通信系统提供的通信通道进行立即、可靠的传输。为了避免设备反复设置,在满足防灾需

3、要的前提下,本系统利用各车站平时的闭路电视、广播、电话(消防专用电话除外)。基于城市轨道交通环境控制系统智能化控制的需要,在轴流风机的风量、风压满足环控标准的前提下,怎样进行智能控制的研究成为关键。在满足站台及站厅的必须新风量的条件下,借助于变频技术,采取变风量送风的智能化环境控制方法是关系城市轨道交通能否正常运行的关键。2 城市轨道交通环境控制系统可采取的控制策略寻求一个合理的环境控制规律,直接应用于现场的控制设备上,不但能降低成本,安全性好,有利于维护;而且多种设备、线缆间的通讯将很方便;同时对于实现智能控制能提供合理可行的方案。多年来,神经络广泛应用于控制领域,并形成了新的控制方法,只要

4、络结构适宜,它能近似任何的非线性函数,和传统控制方法相比,含有:(1)非线性(2)学习和自适应性(3)多变量系统。BP神经络(BackpropagationNN)是一单向传输的多层前向络,通常由输入层、中间层(隐层)和输出层组成,中间隐层可有若干层,络除输入输出节点外,有一层或多层隐节点,同层节点之间没有任何耦合。输入信号从输入层节点,依次经过各隐层节点,然后传到输出层节点,每一层节点的输出只影响下一层节点的输入。其单元特征(传输函数)通常为S型(sigmoid函数),但在输出层中,节点的单元特征有时为线性。在现场控制中,考虑到可编程逻辑控制器的容量,所以神经络的控制算法不可能太复杂,节点的数

5、目应综合比较和分析学习误差、泛化能力,并要考虑络的复杂程度,以期达成较为优化和简练的神经络预计控制算法。图2表示为一个有M个输入,单个输出,x个节点的单个隐层的三层简单的BP络。m为输入节点个数,am为系统输入值,ti、rj为对应的阈值,n为样本对数。f(x)是激励函数,也称为传输函数或活跃规则,其功效是对神经元的输入产生对应的反应。S函数输出曲线两端平坦,中间部分改变猛烈,和阶跃函数相同,不过一个连续非递减函数,含有可微分性和饱和非线性特征,增强了络的非线性映射能力;其次,S函数愈加靠近生物神经元的信号输出形式,因此常被采取为激励函数。控制系统模拟采取只含一个隐含层的三层BP络。含有足够多隐

6、含单元的三层BP神经络能够记忆任何多个样本;对于给定的样本集,三层BP神经络的隐含单元数必需在一定范围内才能较满意地记忆全部样本。要对一个被控对象进行控制,须为其建立一个适宜的数学模型,但过多的变量必定使模型过于复杂,反而不利于问题的处理。对于城市轨道交通环境控制系统来说,影响环控系统变频通风风量改变的原因包含站台层空气湿度;站厅层空气、湿度;室外干湿球温度;人员密度;机车运行密度附加活塞风等。考虑到模拟的可行性,我们能够假设:(1)城市轨道交通内外环境无直接热传输;(2)城市轨道交通内部各点温度趋于均匀;(3)忽略城市轨道交通内部的热容影响。所以,以站台温、湿度;室外干球温度;人员密度;机车

7、运行密度、活塞风量作为神经络的输入层参数,输出层参数仅为风量,隐层节点个数设定为5个。详细的神经络结构模拟步骤以下:(1)选定BP神经络NN的结构,即选定输入层节点数M和隐含层节点数Q,并给出各层权系数的初值ij(2) 、li(3)(0),选定学习速率和平滑因子;(2)对输入变量进行归一化处理,作为NN的输入; (3)依据公式,前向计算NN的各层神经元的输入和输出;(4)依据性能指标函数来计算误差,若误差满足要求,则结束,不然继续;(5)计算修正输出层的权系数li (k) ;(6)计算修正隐含层的权系数ij(k) ;(7)置k=k+1,返回到23 结论城市轨道交通环境控制系统是一个含有强耦合、非线性和参数时变的复杂多变量控制系统,城市轨道交通中环境控制费用约为总费用的8%10%,深入研究以神经络PID技术或以模糊神经络为控制方案的城市轨道交通智能化环境控制技术将取得良好的节能效果。参考文件:1朱军,中国城市轨道交通发展问题探讨北京城市计划建设,2021.22王永骥等,神经元络控制,机械工业出版社,1998.23刘晨晖,多变量过程控制系统解耦理论,水利水电出版社,1984.11