CN110989359A - 一种超导磁体运行控制方法及装置 - Google Patents

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CN110989359A CN201911337447.7A CN201911337447A CN110989359A CN 110989359 A CN110989359 A CN 110989359A CN 201911337447 A CN201911337447 A CN 201911337447A CN 110989359 A CN110989359 A CN 110989359A
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Abstract

本发明公开了一种超导磁体运行控制方法及装置，所述方法包括：获取超导磁体运行状态数据；获取超导磁体具体操作数据；获取期望结果与实际结果的方差；获取更新的权重；将更新的权重作为初始化权重，直至达到预设的迭代次数；将历史计算的方差进行比较，选择最小的方差为最优化的方差，最优化的方差对应的权重为最优化的权重，利用最优化的权重建立超导磁体运行状态模型；将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，对超导磁体进行控制；本发明的优点在于：能够根据运行状态实现对超导磁体实时的控制。

Description

一种超导磁体运行控制方法及装置
技术领域
本发明涉及超导磁体系统的安全运行监控技术领域，更具体涉及一种超导磁体运行控制方法及装置。
背景技术
随着超导技术的发展，更多的超导技术成功的应用在各行各业，超导技术获得的超强磁场，是一个极端的实验条件，目前国外研制应用于强磁场下中子散射装置的超导磁体系统所提供均不完全具备稳定的特性，国内此项研究仍为空白还处在研究发展之中。并且目前国内外没有一种超导磁体运行监控模型，能够有效的监控超导磁体。
中国专利公开号CN104181821A，公开了一种适用于超导磁体或超导装备的综合型实时监控预警方法，从超导电性、超导相变等物理原理出发，结合超导微观原理和宏观现象，根据能量守恒定律、超导电性的非线性模型和超导相变过程中的比热变化等，设计了超导电性动态模型、基于超导电性动态模型的预警方法，基于温度变化量的闭环式控制方法和基于超导相变中比热突变的预警方法，具体为：超导磁体或超导装备在正常运行情况下，超导电性等通过对应的温度、磁场和电气量的传感器上送到超导运行监控平台中，监控平台将数据经过DFFT(离散快速傅里叶变换，Discrete fast Fourier transform)处理，得到相应的测量数值，分别送入超导电性动态模型，基于温度变化量的闭环式控制方法和基于超导相变中比热突变的失超预警方法，对数据做进一步的处理。但是该发明只是给出了如何根据超导电性动态模型对超导磁体进行监控，并没有对超导磁体进行实时控制，不能完成实时控制操作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种能够对超导磁体进行实时控制的超导磁体运行控制方法及装置。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种超导磁体运行控制方法，所述方法应用于超导磁体运行监控系统，所述方法包括：
步骤一：根据初始化权重，获取超导磁体运行状态数据；
步骤二：根据超导磁体运行状态数据，获取超导磁体具体操作数据；
步骤三：根据超导磁体具体操作数据获取期望结果与实际结果的方差；
步骤四：对方差求偏导，获取更新的权重；
步骤五：将更新的权重作为初始化权重，返回执行步骤一至步骤五，直至达到预设的迭代次数；
步骤六：将历史计算的方差进行比较，选择最小的方差为最优化的方差，最优化的方差对应的权重为最优化的权重，利用最优化的权重建立超导磁体运行状态模型；
步骤七：将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间，判断超导磁体工作状态，若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
本发明对超导磁体运行状态数据和控制操作进行深度学习，通过不断更新权重，获取最优化的权重，建立超导磁体运行状态模型，将实时采集的超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，判断超导磁体工作状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制，当前超导磁体具体操作数据中包含自动抽空，自动制冷，电源自动开启与关闭，自动泄磁，自动加制冷剂等控制操作，能够根据运行状态实现对超导磁体实时的控制。
优选的，所述超导磁体运行监控系统包括中央控制模块、数据转换模块、PLC模块以及监控子系统，所述中央控制模块与PLC模块通过数据转换模块进行数据交互，PLC模块与监控子系统连接并接收监控子系统采集的数据；所述中央控制模块包括工程师站、操作员站、显示器以及UPS电源，所述监控子系统包括AI模块、RTD模块、AMI超导液位计、ZDF5227型真空计、控温仪、制冷机以及抽空机组，所述超导磁体运行控制方法在所述监控子系统内执行。
优选的，所述步骤一包括：监控子系统采集超导磁体的温度、压力、液位和真空度，利用公式b＝sigmoid(w1a+k1)获取超导磁体运行状态矩阵且超导磁体运行状态矩阵中各元素为超导磁体运行状态数据，其中，b为超导磁体运行状态矩阵，sigmoid()为分类函数，a为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵，w1为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵中各元素的权重组成的第一权重矩阵，k1为预设的第一修正值。
优选的，所述步骤二包括：根据超导磁体运行状态数据，利用公式c＝sigmoid(w2b+k2)获取超导磁体具体操作矩阵且超导磁体具体操作矩阵中各元素为超导磁体具体操作数据，其中，c为超导磁体具体操作矩阵，超导磁体具体操作矩阵中包括具体操作为电源启停、制冷机启停、抽真空、泄磁和加制冷剂的元素，w2为超导磁体运行状态矩阵中各元素的权重组成的第二权重矩阵，k2为预设的第二修正值。
优选的，所述步骤三包括：根据超导磁体具体操作数据，利用公式
Figure BDA0002331329770000041
获取期望结果与实际结果的方差，E为期望结果与实际结果的方差，E1为期望结果，n为超导磁体具体操作矩阵中元素的个数。
优选的，所述步骤四包括：对方差求偏导，利用公式
Figure BDA0002331329770000042
获取更新的权重，其中，m为权重索引，m＝1时，为第一权重矩阵，m＝2时，为第二权重矩阵，η为预设的步长，
Figure BDA0002331329770000043
为方差的偏导，Wm'为更新的权重，Wm为初始化权重。
优选的，所述步骤七包括：将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数sigmoid(c)获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间(-1,1)，判断超导磁体工作状态，sigmoid(c)大于0.5表示超导磁体工作状态为正常，反之，超导磁体工作状态为失超；若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
本发明还提供一种超导磁体运行控制装置，所述装置应用于超导磁体运行监控系统，所述装置包括：
运行状态数据获取模块，用于根据初始化权重，获取超导磁体运行状态数据；
超导磁体具体操作数据获取模块，用于根据超导磁体运行状态数据，获取超导磁体具体操作数据；
方差获取模块，用于根据超导磁体具体操作数据获取期望结果与实际结果的方差；
更新模块，用于对方差求偏导，获取更新的权重；
迭代模块，用于将更新的权重作为初始化权重，返回执行运行状态数据获取模块、超导磁体具体操作数据获取模块、方差获取模块以及更新模块，直至达到预设的迭代次数；
超导磁体运行状态模型建立模块，用于将历史计算的方差进行比较，选择最小的方差为最优化的方差，最优化的方差对应的权重为最优化的权重，利用最优化的权重建立超导磁体运行状态模型；
控制模块，用于将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间，判断超导磁体工作状态，若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
优选的，所述超导磁体运行监控系统包括中央控制模块、数据转换模块、PLC模块以及监控子系统，所述中央控制模块与PLC模块通过数据转换模块进行数据交互，PLC模块与监控子系统连接并接收监控子系统采集的数据；所述中央控制模块包括工程师站、操作员站、显示器以及UPS电源，所述监控子系统包括AI模块、RTD模块、AMI超导液位计、ZDF5227型真空计、控温仪、制冷机以及抽空机组，所述超导磁体运行控制装置在所述监控子系统内执行。
优选的，所述运行状态数据获取模块还用于：监控子系统采集超导磁体的温度、压力、液位和真空度，利用公式b＝sigmoid(w1a+k1)获取超导磁体运行状态矩阵且超导磁体运行状态矩阵中各元素为超导磁体运行状态数据，其中，b为超导磁体运行状态矩阵，sigmoid()为分类函数，a为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵，w1为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵中各元素的权重组成的第一权重矩阵，k1为预设的第一修正值。
优选的，所述超导磁体具体操作数据获取模块还用于：根据超导磁体运行状态数据，利用公式c＝sigmoid(w2b+k2)获取超导磁体具体操作矩阵且超导磁体具体操作矩阵中各元素为超导磁体具体操作数据，其中，c为超导磁体具体操作矩阵，超导磁体具体操作矩阵中包括具体操作为电源启停、制冷机启停、抽真空、泄磁和加制冷剂的元素，w2为超导磁体运行状态矩阵中各元素的权重组成的第二权重矩阵，k2为预设的第二修正值。
优选的，所述方差获取模块还用于：根据超导磁体具体操作数据，利用公式
Figure BDA0002331329770000061
获取期望结果与实际结果的方差，E为期望结果与实际结果的方差，E1为期望结果，n为超导磁体具体操作矩阵中元素的个数。
优选的，所述更新模块还用于：对方差求偏导，利用公式
Figure BDA0002331329770000062
获取更新的权重，其中，m为权重索引，m＝1时，为第一权重矩阵，m＝2时，为第二权重矩阵，η为预设的步长，
Figure BDA0002331329770000063
为方差的偏导，Wm'为更新的权重，Wm为初始化权重。
优选的，所述迭代模块还用于：将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数sigmoid(c)获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间(-1,1)，判断超导磁体工作状态，sigmoid(c)大于0.5表示超导磁体工作状态为正常，反之，超导磁体工作状态为失超；若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
本发明的优点在于：
(1)本发明对超导磁体运行状态数据和控制操作进行深度学习，通过不断更新权重，获取最优化的权重，建立超导磁体运行状态模型，将实时采集的超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，判断超导磁体工作状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制，当前超导磁体具体操作数据中包含自动抽空，自动制冷，电源自动开启与关闭，自动泄磁，自动加制冷剂等控制操作，能够根据运行状态实现对超导磁体实时的控制。
(2)本发明将实时采集的数据输入超导磁体运行状态模型，能够得出自动抽空，自动制冷，电源自动开启与关闭，自动泄磁，自动加制冷剂等控制操作，并实现独立控制，即设备控制层PLC模块与上位监控计算机相互独立，可以不依靠上位机独立运行，保证了过程的独立性和安全性，保证了超导磁体的安全、可靠运行。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种超导磁体运行控制方法中超导磁体运行监控系统的结构框图；
图2为本发明实施例所公开的一种超导磁体运行控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种超导磁体运行控制方法，所述方法应用于超导磁体运行监控系统，如图1所示，所述超导磁体运行监控系统包括中央控制模块、数据转换模块、PLC模块以及监控子系统，所述中央控制模块与PLC模块通过数据转换模块进行数据交互，PLC模块与监控子系统连接并接收监控子系统采集的数据；所述中央控制模块包括工程师站、操作员站、显示器以及UPS电源，所述监控子系统包括AI模块(采用西门子AI模块)、RTD模块(resistancetemperature detector，电阻温度传感器)、AMI超导液位计(采用上海起南电子设备有限公司的AMI超导液位计)、ZDF5227型真空计、控温仪、制冷机以及抽空机组，超导磁体运行监控系统工作时，监控子系统能够实时采集超导磁体的各种参数，例如温度、压力、液位和真空度，并将数据传输给PLC模块，PLC模块能够对数据进行处理，然后传输给数据转换模块，数据转换模块对数据格式进行转换，传输给中央控制模块，中央控制模块能够对参数进行存储、历史数据查询、数据导出excel表格等功能，系统能够实时显示所有参数、报警信息、运行状态等变量，并能够发送相关指令给各个设备，控制设备正常运行，保证超导磁体正常工作。超导磁体运行监控系统中各模块的通信传输协议以及数据处理方式均采用现有技术，超导磁体运行监控系统具体的连接关系本领域技术人员根据结构框图也很容易得出，所以对于数据处理方式，通讯协议以及电路具体连接关系在此不做赘述。本发明改进点在于对监控子系统的算法改进，以根据运行状态对超导磁体进行实时控制且能够不依靠上位机独立运行。
以下详细介绍本发明提供的算法内容，所述超导磁体运行控制方法在所述监控子系统内执行，通俗地说，可以认为将整个监控子系统分为三层网络结构，最上层为数据输入层，数据包括温度、压力、液位和真空度，从最上层的节点(用a表示，a即下文提到的由超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵)开始，初始值为1，以层为单位进行处理。第二层(用b表示，b即为下文提到的超导磁体运行状态矩阵)为根据温度、压力、液位和真空度参数计算超导磁体的运行状态，也就是第二层的所有节点，将1乘以a到某个节点路径上的偏导值，并将结果“堆放”在该子节点中。等a所在的层按照这样传播完毕后，第二层的每一个节点都“堆放"些值，然后我们针对每个节点，把它里面所有“堆放”的值求和，就得到了最上层a对该节点的偏导。然后将这些第二层的节点各自作为起始顶点，初始值设为最上层a对它们的偏导值，以"层"为单位重复上述传播过程，即可求出顶点a对每一层节点的偏导数。第三层为超导磁体各种控制操作，这些操作包括自动抽空，自动制冷，自动处理及其他用户提出的自动流程控制，将最上层对第二层的偏导值乘以第二层到某个节点路径上的偏导值，并将结果“堆放”在该子节点中。等b所在的层按照这样传播完毕后，第三层的每一个节点都“堆放"些值，然后我们针对每个节点，把它里面所有“堆放”的值求和，就得到了第二层b对该节点的偏导，转化为具体操作就是自动抽空，自动制冷，电源自动开启与关闭，自动泄磁，自动加制冷剂，自动处理及其他用户提出的自动流程控制操作，实现自动控制，并由中央控制模块，管理整个设备的运行。以下通过公式以及函数计算详细介绍上述方法流程，如图2所示，所述方法包括：
步骤S1：根据初始化权重，获取超导磁体运行状态数据；具体过成为：监控子系统采集超导磁体的温度、压力、液位和真空度，利用公式b＝sigmoid(w1a+k1)获取超导磁体运行状态矩阵且超导磁体运行状态矩阵中各元素为超导磁体运行状态数据，其中，b为超导磁体运行状态矩阵，sigmoid()为分类函数，a为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵，w1为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵中各元素的权重组成的第一权重矩阵，k1为预设的第一修正值。需要说明的是a为第一层为输入层的数据，包括温度、压力、液位和真空度，分别用a1、a2、a3、a4表示，b代表第二层的数据，为超导体运行状态，即正常工作和失超，用b1和b2表示，c代表第三层的数据，为具体操作，包括电源开启与关闭、制冷机启停、抽真空、泄磁和加制冷剂，分别用c1、c2、c3、c4、c5表示，即电源开启与关闭用c1表示。b＝sigmoid(w1a+k1)转换为另一种表达形式即为[b1；b2]＝[W1 11W1 21W1 31W1 41；W12 1W22 1W32 1W42 1][a1a2a3a4]'+k1且a＝[a1a2a3a4]，W1＝[W1 11W1 21W1 31W1 41；W12 1W22 1W32 1W42 1]
步骤S2：根据超导磁体运行状态数据，获取超导磁体具体操作数据；具体过程为：根据超导磁体运行状态数据，利用公式c＝sigmoid(w2b+k2)获取超导磁体具体操作矩阵且超导磁体具体操作矩阵中各元素为超导磁体具体操作数据，其中，c为超导磁体具体操作矩阵，超导磁体具体操作矩阵中包括具体操作为电源启停、制冷机启停、抽真空、泄磁和加制冷剂的元素，w2为超导磁体运行状态矩阵中各元素的权重组成的第二权重矩阵，k2为预设的第二修正值。c＝sigmoid(w2b+k2)转换为另一种表达形式即为[c1c2c3c4c5]’＝[W2 11W2 21；W2 12W2 22；W2 13W2 23；W2 14W2 24；W2 15W2 25][b1b2]'+k2，W2＝[W2 11W2 21；W2 12W2 22；W2 13W2 23；W2 14W2 24；W2 15W2 25]，c＝[c1c2c3c4c5]，其中，[]’为矩阵的转置
步骤S3：根据超导磁体具体操作数据获取期望结果与实际结果的方差；具体过程为：根据超导磁体具体操作数据，利用公式
Figure BDA0002331329770000111
获取期望结果与实际结果的方差，E为期望结果与实际结果的方差，E1为期望结果，n为超导磁体具体操作矩阵中元素的个数。本实施例中n为5，且E1能够事先直接求解得出，将c中每个元素分别为c1＝sigmoid(b1*W2 11+b2*W2 21+k2)，c2＝sigmoid(b1*W2 12+b2*W2 22+k2)，c3＝sigmoid(b1*W2 13+b2*W2 23+k2)，c4＝sigmoid(b1*W2 14+b2*W2 24+k2)，c5＝sigmoid(b1*W2 15+b2*W2 25+k2)，b1＝sigmoid(a1*W1 11+a2*W1 21+a3*W1 31+a4*W1 41+k1)，b2＝sigmoid(a1*W1 12+a2*W1 22+a3*W1 32+a4*W1 42+k1)，将c代入公式
Figure BDA0002331329770000112
求得方差E是关于所有的权重的方程。
步骤S4：对方差求偏导，获取更新的权重；方差E是关于所有的权重的方程，所以对方差求偏导，能够得出所有的权重，于是利用公式
Figure BDA0002331329770000113
获取更新的权重，其中，m为权重索引，m＝1时，为第一权重矩阵，m＝2时，为第二权重矩阵，η为预设的步长，
Figure BDA0002331329770000114
为方差的偏导，Wm'为更新的权重，Wm为初始化权重。例如，以权重矩阵中的元素为例，W2 11的更新公式为
Figure BDA0002331329770000121
W2 11'是权重W2 11更新后的权重。
还是以W2 11为例，需要说明的是，推导
Figure BDA0002331329770000122
利用链式求导法则，
Figure BDA0002331329770000123
因为W2 11只在c1中出现，所以
Figure BDA0002331329770000124
Figure BDA0002331329770000125
Figure BDA0002331329770000126
所以最终W2 11的更新W2 11'为
Figure BDA0002331329770000127
推导
Figure BDA0002331329770000128
只是为了解释其求解原理，在此只是举出一个权重进行解释，便于理解，实际上，在此过程中，所有的权重均被更新。
步骤S5：将更新的权重作为初始化权重，返回执行步骤S1至步骤S5，直至达到预设的迭代次数，本实施例中迭代次数设为1500次；
步骤S6：将历史计算的方差进行比较，选择最小的方差为最优化的方差，最优化的方差对应的权重为最优化的权重，利用最优化的权重建立超导磁体运行状态模型；其中，超导磁体运行状态模型即为将最优化的权重代入公式b＝sigmoid(w1a+k1)以及c＝sigmoid(w2b+k2)得到的公式，公式中a为未知数，c为根据a最终的输出控制指令。
步骤S7：将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间，判断超导磁体工作状态，若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。举例说明，假设输入的超导磁体的运行参数为a1＝4.2、a2＝0.6、a3＝0.7、a4＝0.35，假设上文得到的最优化的权重分别为
Figure BDA0002331329770000131
k1＝0.35，k2＝0.62，则根据权重以及超导磁体的运行参数得到输出结果
b1＝sigmoid(a1*W1 11+a2*W1 21+a3*W1 31+a4*W1 41+k1)＝0.8084，
b2＝sigmoid(a1*W1 12+a2*W1 22+a3*W1 32+a4*W1 42+k1)＝0.9492，
c1＝sigmoid(b1*W2 11+b2*W2 21+k2)＝0.8132，
c2＝sigmoid(b1*W2 12+b2*W2 22+k2)＝0.8544，
c3＝sigmoid(b1*W2 13+b2*W2 23+k2)＝0.7943，
c4＝sigmoid(b1*W2 14+b2*W2 24+k2)＝0.8384，
c5＝sigmoid(b1*W2 15+b2*W2 25+k2)＝0.7983，
将输出结果映射到特征区间(-1,1)，假设函数是特征属于y＝1的概率为：p1＝sigmoid(c)，那么特征属于y＝-1的概率为p2＝1-sigmoid(c)，判断超导磁体工作状态，sigmoid(c)大于0.5就是y＝1的类表示超导磁体工作状态为正常，反之，属于y＝-1的类，超导磁体工作状态为失超；若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制，即根据c1、c2、c3、c4、c5的值控制超导磁体。
通过以上技术方案，本发明提供的一种超导磁体运行控制方法，对超导磁体运行状态数据和控制操作进行深度学习，通过不断更新权重，获取最优化的权重，建立超导磁体运行状态模型，将实时采集的超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，判断超导磁体工作状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制，当前超导磁体具体操作数据中包含自动抽空，自动制冷，电源自动开启与关闭，自动泄磁，自动加制冷剂等控制操作，能够根据运行状态实现对超导磁体实时的控制，并实现独立控制，即设备控制层PLC模块与上位监控计算机相互独立，可以不依靠上位机独立运行，保证了过程的独立性和安全性，保证了超导磁体的安全、可靠运行。
实施例2
与本发明实施例1相对应的，本发明实施例2还提供一种超导磁体运行控制装置，所述装置应用于超导磁体运行监控系统，所述装置包括：
运行状态数据获取模块，用于根据初始化权重，获取超导磁体运行状态数据；
超导磁体具体操作数据获取模块，用于根据超导磁体运行状态数据，获取超导磁体具体操作数据；
方差获取模块，用于根据超导磁体具体操作数据获取期望结果与实际结果的方差；
更新模块，用于对方差求偏导，获取更新的权重；
迭代模块，用于将更新的权重作为初始化权重，返回执行运行状态数据获取模块、超导磁体具体操作数据获取模块、方差获取模块以及更新模块，直至达到预设的迭代次数；
超导磁体运行状态模型建立模块，用于将历史计算的方差进行比较，选择最小的方差为最优化的方差，最优化的方差对应的权重为最优化的权重，利用最优化的权重建立超导磁体运行状态模型；
控制模块，用于将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间，判断超导磁体工作状态，若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
具体的，所述超导磁体运行监控系统包括中央控制模块、数据转换模块、PLC模块以及监控子系统，所述中央控制模块与PLC模块通过数据转换模块进行数据交互，PLC模块与监控子系统连接并接收监控子系统采集的数据；所述中央控制模块包括工程师站、操作员站、显示器以及UPS电源，所述监控子系统包括AI模块、RTD模块、AMI超导液位计、ZDF5227型真空计、控温仪、制冷机以及抽空机组，所述超导磁体运行控制装置在所述监控子系统内执行。
具体的，所述运行状态数据获取模块还用于：监控子系统采集超导磁体的温度、压力、液位和真空度，利用公式b＝sigmoid(w1a+k1)获取超导磁体运行状态矩阵且超导磁体运行状态矩阵中各元素为超导磁体运行状态数据，其中，b为超导磁体运行状态矩阵，sigmoid()为分类函数，a为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵，w1为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵中各元素的权重组成的第一权重矩阵，k1为预设的第一修正值。
具体的，所述超导磁体具体操作数据获取模块还用于：根据超导磁体运行状态数据，利用公式c＝sigmoid(w2b+k2)获取超导磁体具体操作矩阵且超导磁体具体操作矩阵中各元素为超导磁体具体操作数据，其中，c为超导磁体具体操作矩阵，超导磁体具体操作矩阵中包括具体操作为电源启停、制冷机启停、抽真空、泄磁和加制冷剂的元素，w2为超导磁体运行状态矩阵中各元素的权重组成的第二权重矩阵，k2为预设的第二修正值。
具体的，所述方差获取模块还用于：根据超导磁体具体操作数据，利用公式
Figure BDA0002331329770000161
获取期望结果与实际结果的方差，E为期望结果与实际结果的方差，E1为期望结果，n为超导磁体具体操作矩阵中元素的个数。
具体的，所述更新模块还用于：对方差求偏导，利用公式
Figure BDA0002331329770000162
获取更新的权重，其中，m为权重索引，m＝1时，为第一权重矩阵，m＝2时，为第二权重矩阵，η为预设的步长，
Figure BDA0002331329770000163
为方差的偏导，Wm'为更新的权重，Wm为初始化权重。
具体的，所述迭代模块还用于：将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数sigmoid(c)获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间(-1,1)，判断超导磁体工作状态，sigmoid(c)大于0.5表示超导磁体工作状态为正常，反之，超导磁体工作状态为失超；若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超导磁体运行控制方法，其特征在于，所述方法应用于超导磁体运行监控系统，所述方法包括：
步骤一：根据初始化权重，获取超导磁体运行状态数据；
步骤二：根据超导磁体运行状态数据，获取超导磁体具体操作数据；
步骤三：根据超导磁体具体操作数据获取期望结果与实际结果的方差；
步骤四：对方差求偏导，获取更新的权重；
步骤五：将更新的权重作为初始化权重，返回执行步骤一至步骤五，直至达到预设的迭代次数；
步骤六：将历史计算的方差进行比较，选择最小的方差为最优化的方差，最优化的方差对应的权重为最优化的权重，利用最优化的权重建立超导磁体运行状态模型；
步骤七：将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间，判断超导磁体工作状态，若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种超导磁体运行控制方法，其特征在于，所述超导磁体运行监控系统包括中央控制模块、数据转换模块、PLC模块以及监控子系统，所述中央控制模块与PLC模块通过数据转换模块进行数据交互，PLC模块与监控子系统连接并接收监控子系统采集的数据；所述中央控制模块包括工程师站、操作员站、显示器以及UPS电源，所述监控子系统包括AI模块、RTD模块、AMI超导液位计、ZDF5227型真空计、控温仪、制冷机以及抽空机组，所述超导磁体运行控制方法在所述监控子系统内执行。
3.根据权利要求2所述的一种超导磁体运行控制方法，其特征在于，所述步骤一包括：监控子系统采集超导磁体的温度、压力、液位和真空度，利用公式b＝sigmoid(w1a+k1)获取超导磁体运行状态矩阵且超导磁体运行状态矩阵中各元素为超导磁体运行状态数据，其中，b为超导磁体运行状态矩阵，sigmoid()为分类函数，a为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵，w1为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵中各元素的权重组成的第一权重矩阵，k1为预设的第一修正值。
4.根据权利要求3所述的一种超导磁体运行控制方法，其特征在于，所述步骤二包括：根据超导磁体运行状态数据，利用公式c＝sigmoid(w2b+k2)获取超导磁体具体操作矩阵且超导磁体具体操作矩阵中各元素为超导磁体具体操作数据，其中，c为超导磁体具体操作矩阵，超导磁体具体操作矩阵中包括具体操作为电源启停、制冷机启停、抽真空、泄磁和加制冷剂的元素，w2为超导磁体运行状态矩阵中各元素的权重组成的第二权重矩阵，k2为预设的第二修正值。
5.根据权利要求4所述的一种超导磁体运行控制方法，其特征在于，所述步骤三包括：根据超导磁体具体操作数据，利用公式
Figure FDA0002331329760000021
获取期望结果与实际结果的方差，E为期望结果与实际结果的方差，E1为期望结果，n为超导磁体具体操作矩阵中元素的个数。
6.根据权利要求5所述的一种超导磁体运行控制方法，其特征在于，所述步骤四包括：对方差求偏导，利用公式
Figure FDA0002331329760000022
获取更新的权重，其中，m为权重索引，m＝1时，为第一权重矩阵，m＝2时，为第二权重矩阵，η为预设的步长，
Figure FDA0002331329760000031
为方差的偏导，Wm'为更新的权重，Wm为初始化权重。
7.根据权利要求6所述的一种超导磁体运行控制方法，其特征在于，所述步骤七包括：将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数sigmoid(c)获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间(-1,1)，判断超导磁体工作状态，sigmoid(c)大于0.5表示超导磁体工作状态为正常，反之，超导磁体工作状态为失超；若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
8.一种超导磁体运行控制装置，其特征在于，所述装置应用于超导磁体运行监控系统，所述装置包括：
运行状态数据获取模块，用于根据初始化权重，获取超导磁体运行状态数据；
超导磁体具体操作数据获取模块，用于根据超导磁体运行状态数据，获取超导磁体具体操作数据；
方差获取模块，用于根据超导磁体具体操作数据获取期望结果与实际结果的方差；
更新模块，用于对方差求偏导，获取更新的权重；
迭代模块，用于将更新的权重作为初始化权重，返回执行运行状态数据获取模块、超导磁体具体操作数据获取模块、方差获取模块以及更新模块，直至达到预设的迭代次数；
超导磁体运行状态模型建立模块，用于将历史计算的方差进行比较，选择最小的方差为最优化的方差，最优化的方差对应的权重为最优化的权重，利用最优化的权重建立超导磁体运行状态模型；
控制模块，用于将超导磁体的运行参数输入超导磁体运行状态模型，利用分类函数获取当前超导磁体具体操作数据的输出结果；将当前超导磁体具体操作数据的输出结果映射到特征区间，判断超导磁体工作状态，若工作状态为正常，保持当前运行状态，若工作状态为失超，以当前超导磁体具体操作数据为控制指令对超导磁体进行控制。
9.根据权利要求8所述的一种超导磁体运行控制装置，其特征在于，所述超导磁体运行监控系统包括中央控制模块、数据转换模块、PLC模块以及监控子系统，所述中央控制模块与PLC模块通过数据转换模块进行数据交互，PLC模块与监控子系统连接并接收监控子系统采集的数据；所述中央控制模块包括工程师站、操作员站、显示器以及UPS电源，所述监控子系统包括AI模块、RTD模块、AMI超导液位计、ZDF5227型真空计、控温仪、制冷机以及抽空机组，所述超导磁体运行控制装置在所述监控子系统内执行。
10.根据权利要求9所述的一种超导磁体运行控制装置，其特征在于，所述运行状态数据获取模块还用于：监控子系统采集超导磁体的温度、压力、液位和真空度，利用公式b＝sigmoid(w1a+k1)获取超导磁体运行状态矩阵且超导磁体运行状态矩阵中各元素为超导磁体运行状态数据，其中，b为超导磁体运行状态矩阵，sigmoid()为分类函数，a为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵，w1为超导磁体的温度、压力、液位和真空度组成的矩阵中各元素的权重组成的第一权重矩阵，k1为预设的第一修正值。
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