D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.12.013 第30卷第12期 北京科技大学学报 Vol.30 No.12 2008年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2008 基于遗传BP网络的PID控制算法在无模拉拔温度 控制中的应用 班晓娟) 张武军)付璟璐)孙大明 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)北京科技大学规划与学科建设办公室，北京100083 摘要将遗传算法与BP神经网络结合，提出了一种利用遗传算法优化BP神经网络权值的智能PID控制算法，改善了系统 的动态性能·通过实验采集数据，拟合出无模拉拔感应加热温度控制系统的数学模型·采用本文提出的方法进行了仿真实 验，结果表明该算法具有较强的快速性和鲁棒性， 关键词无模拉拔：温度控制：PID控制算法：遗传算法：BP神经网络 分类号TG356:TP183 Application of PID control algorithm based on genetic algorithm and BP neural network to temperature control during dieless drawing BA N Xiaojuan),ZHA NG Wujun2),FU Jinglu),SUN Daming) 1)School of Information Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Office of Planning and Disciplines,University of Science and Technology Beijing Beijing 100083.China ABSTRACT In combination of genetic algorithm with BP network,a new intelligent PID control algorithm was designed using ge- netic algorithm to optimize the parameters of BP neural network,which improve the dynamic performance of a temperature control system.The temperature control system model of a dieless drawing system was fitted with collected experimental data.Simulation re- sults show that the proposed model has a better rapidity and robustness. KEY WORDS dieless drawing:temperature control:PID control algorithm:genetic algorithm (GA):BP neural network 无模拉拔是一种不使用传统拉拔模具而进行塑 增大，直到颈缩程度超出了极限断面收缩率时，就会 性加工的方法，它采用感应加热（或其他方式）将工 发生断裂， 件局部加热到高温，以设定的速度拉拔工件，通过冷 由此可见，稳定的温度场在无模拉拔成形过程 却控制局部变形，获得等截面或变截面的产品). 中具有十分重要的作用，直接决定了应力场的分布 由于无模拉拔属于热加工工艺，且拉拔过程无摩擦 和变形抗力的大小，间接影响着线径的波动， 作用，所需拉拔力小，单一道次能获得较大的断面收 理论上而言，一个封闭系统单位时间进入的热 缩率，因此该法可以成形一些高强度、高摩擦、低塑 量和流出的热量相等时，系统温度恒定，即加热功率 性而采用常规拉拔工艺难以加工的金属材料)， 不变时，只要送料速度和牵引速度保持不变（单位时 在无模拉拔成形过程中，竹节缺陷是最常见的 间被加热的线材总量不变)，则被加热物体的温度就 缺陷。无模拉拔成形过程中，成品直径发生突变的 会恒定可.但在实验中发现，线材的不均匀性、冷却 主要原因是：变形温度的变化引起拉拔的变形抗力 水量的微小波动以及冷热源距离的微小波动都会引 变化，使拉拔速度不稳定，从而诱发竹节缺陷，如果 起温度场很大的变化，由于影响温度的因素很多， 没有措施及时消除，竹节会连续发生，线径波动逐渐 而且实验过程中温度控制系统具有非线性、强耦合、 收稿日期：2008-01-10修回日期：2008-02-23 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No-.50474072;No:50634010) 作者简介：班晓娟(I970-）女，副教授，博士，Emal:barj@ies,usb-edu-cn基于遗传 BP 网络的 PID 控制算法在无模拉拔温度 控制中的应用 班晓娟1） 张武军2） 付 璐1） 孙大明1） 1） 北京科技大学信息工程学院‚北京100083 2） 北京科技大学规划与学科建设办公室‚北京100083 摘 要 将遗传算法与 BP 神经网络结合‚提出了一种利用遗传算法优化 BP 神经网络权值的智能 PID 控制算法‚改善了系统 的动态性能．通过实验采集数据‚拟合出无模拉拔感应加热温度控制系统的数学模型．采用本文提出的方法进行了仿真实 验‚结果表明该算法具有较强的快速性和鲁棒性． 关键词 无模拉拔；温度控制；PID 控制算法；遗传算法；BP 神经网络 分类号 TG356；TP183 Application of PID control algorithm based on genetic algorithm and BP neural network to temperature control during dieless drawing BA N Xiaojuan 1）‚ZHA NG W ujun 2）‚FU Jinglu 1）‚SUN Daming 1） 1） School of Information Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） Office of Planning and Disciplines‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT In combination of genetic algorithm with BP network‚a new intelligent PID control algorithm was designed using ge￾netic algorithm to optimize the parameters of BP neural network‚which improve the dynamic performance of a temperature control system．T he temperature control system model of a dieless drawing system was fitted with collected experimental data．Simulation re￾sults show that the proposed model has a better rapidity and robustness． KEY WORDS dieless drawing；temperature control；PID control algorithm；genetic algorithm （GA）；BP neural network 收稿日期：2008-01-10 修回日期：2008-02-23 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （No．50474072；No．50634010） 作者简介：班晓娟（1970—）‚女‚副教授‚博士‚E-mail：banxj＠ies．ustb．edu．cn 无模拉拔是一种不使用传统拉拔模具而进行塑 性加工的方法．它采用感应加热（或其他方式）将工 件局部加热到高温‚以设定的速度拉拔工件‚通过冷 却控制局部变形‚获得等截面或变截面的产品［1—3］． 由于无模拉拔属于热加工工艺‚且拉拔过程无摩擦 作用‚所需拉拔力小‚单一道次能获得较大的断面收 缩率‚因此该法可以成形一些高强度、高摩擦、低塑 性而采用常规拉拔工艺难以加工的金属材料［4］． 在无模拉拔成形过程中‚竹节缺陷是最常见的 缺陷．无模拉拔成形过程中‚成品直径发生突变的 主要原因是：变形温度的变化引起拉拔的变形抗力 变化‚使拉拔速度不稳定‚从而诱发竹节缺陷．如果 没有措施及时消除‚竹节会连续发生‚线径波动逐渐 增大‚直到颈缩程度超出了极限断面收缩率时‚就会 发生断裂． 由此可见‚稳定的温度场在无模拉拔成形过程 中具有十分重要的作用‚直接决定了应力场的分布 和变形抗力的大小‚间接影响着线径的波动． 理论上而言‚一个封闭系统单位时间进入的热 量和流出的热量相等时‚系统温度恒定‚即加热功率 不变时‚只要送料速度和牵引速度保持不变（单位时 间被加热的线材总量不变）‚则被加热物体的温度就 会恒定［5］．但在实验中发现‚线材的不均匀性、冷却 水量的微小波动以及冷热源距离的微小波动都会引 起温度场很大的变化．由于影响温度的因素很多‚ 而且实验过程中温度控制系统具有非线性、强耦合、 第30卷 第12期 2008年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．12 Dec．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．12．013