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汽輪機調速系統(tǒng)的研究畢業(yè)設計(編輯修改稿)

2025-06-25 22:31 本頁面
 

【文章內容簡介】 現的振蕩現象,提出了振蕩神經網絡。 1995 年 Mitra 把人工神經網絡與模糊邏輯理論、生物細胞學說以及概率論 相結合提出了模糊神經網絡,使得神經網絡的研究取得了突破性進展。 Jenkins 等人研究光學神經網絡,建立了光學二維并行互連與電子學混合的光學神經網絡,它能避免網絡陷入局部最小值,并最后可達到或接近最理想的解; SoleRV 等提出流體神經網絡,用來研究昆蟲社會,機器人集體免疫系統(tǒng),啟發(fā)人們用混沌理論分析社會大系統(tǒng)。 1996 年, ShuaiJW’等模擬人腦的自發(fā)展行為,在討論混沌神經網絡的基礎上提出了自發(fā)展神經網絡。 199 1998 年董聰等創(chuàng)立和完善了廣義遺傳算法,解決了多層前向網絡的最簡拓樸構造問題和全局最優(yōu)逼近 問題。 隨 著理論工作的發(fā)展,神經網絡的應用研究也取得了突破性進展,涉及面非常廣泛,就應用的技術領域而言有計算機視覺,語言的識別、理解與合成,優(yōu)化計算,智能控制及復雜系統(tǒng)分析,模式識別,神經計算機研制,知識推理專家系統(tǒng)與人工智能。涉及的學科有神經生理學、認識科學、數理科學、心理學、信息科學、計算機科學、微電子學、光學、動力學、生物電子學等。美國、日本等國在神經網絡計算機軟硬件實現的開發(fā)方面也取得了顯著的成績,并逐步形成產品。在美國,神經計算機產業(yè)已獲得軍方的強有力支持,國防部高級研究計劃局認為 ” 神經網絡是解決 機器智能的唯一希望 ” ,僅一項 8 年神經計算機計劃就投資 4億美元。在歐洲共同體的 ESPRIT 計劃中,就有一項特別項目: ” 神經網絡在歐洲工業(yè)中的應用 ” ,單是生產神經網絡專用芯片這一項就投資 2200 萬美元。據美國資東北林業(yè)大學畢業(yè)論文 4 料聲稱,日本在神經網絡研究上的投資大約是美國的 4 倍。我國也不甘落后,自從 1990 年批準了南開大學的光學神經計算機等 3項課題以來,國家自然科學基金與國防預研基金也都為神經網絡的研究提供資助。另外,許多國際著名公司也紛紛卷入對神經網絡的研究,如 Intel、 IBM、 Siemens、 HNC。神經計算機產品開始 走向商用階段,被國防、企業(yè)和科研部門選用。在舉世矚目的海灣戰(zhàn)爭中,美國空軍采用了神經網絡來進行決策與控制。在這種刺激和需求下,人工神經網絡定會取得新的突破,迎來又一個高潮。自 1958 年第一個神經網絡誕生以來,其理論與應用成果不勝枚舉。人工神經網絡是一個快速發(fā)展著的一門新興學科,新的模型、新的理論、新的應用成果正在層出不窮地涌現出來 [2]。 BP( Back Propagation)網絡是 1986 年由 Rumelhart 和 McCelland 為首的科學家小組提出,是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ?法訓練的多層前饋網絡,是目前應用最廣泛的神經網絡模型之一。 BP 網絡能學習和存貯大量的輸入 輸出模式映射關系,而無需事前揭示描述這種映射關系的數學方程。它的學習規(guī)則是使用最速下降法,通過反向傳播來不斷調整網絡的權值和閾值,使網絡的誤差平方和最小。 BP神經網絡模型拓撲結構包括輸入層( input)、隱層 (hide layer)和輸出層 (output layer)。 BP (Back Propagation)神經網絡是一種神經網絡學習算法,全稱基于誤差反向傳播算法的人工神經網絡。 拓撲結構的單隱層前饋網絡,一般稱為 三層前饋網或三層感知器,即:輸入層、中間層(也稱隱層)和輸出層。它的特點是:各層神經元僅與相鄰層神經元之間相互全連接,同層內神經元之間無連接,各層神經元之間無反饋連接,夠成具有層次結構的前饋型神經網絡系統(tǒng)。單計算層前饋神經網絡只能求解線性可分問題,能夠求解非線性問題的網絡必須是具有隱層的多層神經網絡。 在人工神經網絡發(fā)展歷史中,很長一段時間里沒有找到隱層的連接權值調整問題的有效算法。直到誤差反向傳播算法( BP 算法)的提出,成功地解決了求解非線性連續(xù)函數的多層前饋神經網絡權重調整問題 。 東北林業(yè)大學畢業(yè)論文 5 2 汽輪機基本原理 汽輪機是能將蒸汽熱能轉化為機械功的外燃回轉式機械,來自鍋爐的蒸汽進入汽輪機后,依次經過一系列環(huán)形配置的噴嘴和動葉,將蒸汽的熱能轉化為汽輪機轉子旋轉的機械能。蒸汽在汽輪機中,以不同方式進行能量轉換,便構成了不同工作原理的汽輪機。 汽輪機主要用途是在熱力發(fā)電廠中做帶動發(fā)電機的原動機。為了保證汽輪機正常工作,需配置必要的附屬設備,如管道、閥門、凝汽器等,汽輪機及其附屬設備的組合稱為汽輪機設備。來自蒸汽發(fā)生器的高溫高壓蒸汽經主汽閥、調節(jié)閥進入汽輪機。由于汽輪機排汽口的壓力 大大低于進汽壓力,蒸汽在這個壓差作用下向排汽口流動,其壓力和溫度逐漸降低,部分熱能轉換為汽輪機轉子旋轉的機械能。做完功的蒸汽稱為乏汽,從排汽口排入凝汽器,在較低的溫度下凝結成水,此凝結水由凝結水泵抽出送經蒸汽發(fā)生器構成封閉的熱力循環(huán)。為了吸收乏汽在凝汽器放出的凝結熱,并保護較低的凝結溫度,必須用循環(huán)水泵不斷地向凝汽器供應冷卻水。由于汽輪機的尾部和凝汽器不能絕對密封,其內部壓力又低于外界大氣壓,因而會有空氣漏入,最終進入凝汽器的殼側。若任空氣在凝汽器內積累,凝汽器內壓力必然會升高,導致乏汽壓力升高,減少蒸汽對 汽輪機做的有用功,同時積累的空氣還會帶來乏汽凝結放熱的惡化,這兩者都會導致熱循環(huán)效率的下降,因而必須將凝汽器殼側的空氣抽出。凝汽設備由凝汽器、凝結水泵、循環(huán)水泵和抽氣器組成,它的作用是建立并保持凝汽器的真空,以使汽輪機保持較低的排汽壓力,同時回收凝結水循環(huán)使用,以減少熱損失,提高汽輪機設備運行的經濟性 [4]。 圖 汽輪機的本體結構一般可分為靜止部分和轉動部分。靜止部分包括汽缸、進汽部分、噴嘴、隔板、汽封、滑銷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和軸承等部件。轉動部分包括主軸、葉輪、葉片東北林業(yè)大學畢業(yè)論文 6 和聯軸器等。 汽輪機目前所主要以 2種功能應用于社會中 ,一種是以電力設備的形式存在 ,其電力設備主要包括 以發(fā)電設備和供電設備兩大類,發(fā)電設備主要是電站鍋爐、蒸汽輪機、燃氣輪機、水輪機、發(fā)電機、變壓器等等,供電設備主要是各種電壓等級的輸電線路、互感器、接觸器等等。 另一種以動力設備的形式存在汽輪機是 動力設備,除了用于火力發(fā)電廠和集中供熱電站外,還用于驅動其他設備,例如大型的艦船、鋼鐵廠的大型風機和水泵,制藥化工企業(yè)的螺桿壓縮機等等。 一般需要汽輪機的公司基本上以火電站和熱電站為主,其次在制藥、 化肥、冶煉、石油化工企業(yè)應用較為廣泛。 常規(guī)的小型汽輪機目前的控制方式主要以傳統(tǒng)的 PID 控制方式為主,人工操作方式為輔,比較適用于小型的汽輪機為主的機械設備,但其收斂時間較長,控制方式較為復雜,需要人工事先設定好各種參數,然后再通過環(huán)境適應,改動相應的參數設置,以達到控制目的,遇到各種擾動因素需要人工調整,非常不便 [5]。 汽輪機調節(jié)系統(tǒng)就是感受轉速的變化,控制調節(jié)閥門的開度,改變汽輪機的進汽量,使發(fā)出的功率與外界負荷重新平衡,并使轉速保持在規(guī)定的范圍內。描述汽輪機平衡工況下的工作特性,即汽輪機在同步器的不 同位置時,穩(wěn)定工況下與轉速的關系,通常稱為調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。對調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性應該有一定 的要求。 超速保護是保證汽輪機安全可靠運行的重要保護手段,超速保護的主要 監(jiān)控參數 是機組的轉速。本系統(tǒng)中的超速保護裝置采用電超速保護裝置。電 超速保護 裝置由轉速傳感器、PLC 的數字量輸出模塊、電磁閥等部件組成。 轉速傳感器 測出汽輪機的轉速,送到 PLC里與超速保護設定值進行比較,當達到 或超過 超速保護值時,數字量輸出模塊立即輸出高電平給電磁閥,電磁閥采用 冗余處理 ,電磁閥動作,使主汽閥操縱座下腔的壓力油通過電磁閥油門泄至 郵箱。在 輸出 端子變成高電平后,等待操作員將故障排除,確認重啟后,輸出端 子復位 ,使電磁閥失電,滑閥在彈簧力的作用下復位,調節(jié)系統(tǒng)又回復到滑閥 未動作 前的狀態(tài)。 汽輪發(fā)電機組運行時,當受到擾動而離開原穩(wěn)定工況后能很快地過渡到新的穩(wěn)定工況,或者在擾動消除后能恢復到原來的穩(wěn)定工況,這樣的調節(jié)系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的調節(jié)系統(tǒng)是不能采用的,所以穩(wěn)定性是調節(jié)系統(tǒng)的必要條件。調節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性描述的是各穩(wěn)定狀態(tài)下功率與轉速的對應規(guī)律,它與兩狀態(tài)之間的過渡過程無關,從而不能完全反映一個調節(jié)系統(tǒng)的性能。所以,不僅要知道工況穩(wěn)定下來以后各參 數之間的關系,更重要地是要分析從一個工況到另一個工況的過渡過程中各參數的變化規(guī)律,這就是調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,是調節(jié)系統(tǒng)受到擾動后,被調量隨時間的變化規(guī)律。研究調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的目的是:判別調節(jié)系統(tǒng)是否穩(wěn)定,評價調節(jié)系統(tǒng)品質以及分析影響動態(tài)特性的主要因素,以便提出改善調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)品質的措施。 總之,從定性的角度分析各種因素對動態(tài)特性的影響,可知道:在調節(jié)對象方面,轉子轉動慣量越小 (汽輪機轉子飛升時間常數也越小 )以及蒸汽容積時間常數越大,均會使動態(tài)超速增加;從調節(jié)元件方面考慮,轉速不等率、油動機時間常數以及系統(tǒng)遲緩率越大,均會使油動機的滯后時間和關閉時間增長,從而使動態(tài)超速增加。此外,轉子飛升時間常數小,局部不等率小以及遲緩率大等因素,均會導致系統(tǒng)振蕩和轉速產生波動,因此,從這些主要因素考慮,是改善動態(tài)特性的途徑。 東北林業(yè)大學畢業(yè)論文 7 本章介紹了 目前各種類型的控制系統(tǒng) ,且這些 都能滿足大容量汽輪機的安全運行要求,而分散型控制系統(tǒng) (DCS)的采用越來越普遍。但是,現有的控制系統(tǒng)的功能發(fā)揮卻不夠理想,不僅原設計功能未全部實現,而且在現有的控制系統(tǒng)上還有更多、更高級的潛在功能有待挖掘和發(fā)揮。造成這種情況的原因是多方面的 ,運行人員應充分理解設計意圖和功能,但更重要的是有關工程技術人員應對汽輪機組控制系統(tǒng)進行更細致的深入分析、研究和改進,以使系統(tǒng)更完善,滿足更高的安全經濟運行水平的要求。 東北林業(yè)大學畢業(yè)論文 8 3 BP 神經網絡算法 BP( Back Propagation)網絡是 1986 年由 Rumelhart 和 McCelland 為首的科學家小組提出,是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ柧毜亩鄬忧梆伨W絡,是目前應用最廣泛的神經網絡模型之一。 BP 網絡能學習和存貯大量的輸入 輸出模式映射關系,而無需事 前揭示描述這種映射關系的數學方程。它的學習規(guī)則是使用最速下降法,通過反向傳播來不斷調整網絡的權值和閾值,使網絡的誤差平方和最小。 BP神經網絡模型拓撲結構包括輸入層( input)、隱層 (hide layer)和輸出層 (output layer)。 圖 BP神經網絡結構示意圖 下 圖給出了第 j個基本 BP 神經元(節(jié)點),它只模仿了生物神經元所具有的三個最基本也是最重要的功能:加權、求和與轉移。其中 x x2? xi? xn分別代表來自神經元 2?i?n的輸入; wj wj2? wji? wjn則分別表示神 經元 2?i?n 與第 j 個神經元的連接強度,即權值; bj為閾值; f( )為傳遞函數; yj為第 j個神經元的輸出。 第 j個神經元的凈輸入值 為: ( 31) 圖 BP神經元 東北林業(yè)大學畢業(yè)論文 9 若視 , ,即令 及 包括 及 ,則 ( 32) ( 33) 于是節(jié)點 j的凈輸入 可表示為: (34) 凈輸入 通過傳遞函數( Transfer Function) f ( )后,便得到第 j 個神經元的輸出 : (35) 式中 f( )是單調上升函數,而且必須是有界函數,因為細胞傳遞的信號不可能無限增加,必有一最大值 [6 7]。 BP 算法由數據流的前向計算(正向傳播)和誤差信號的反向傳播兩個過程構成。正向傳播時,傳播方向為輸入層→隱層→輸出層,每層
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