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| 樹脂自動灌裝機的優(yōu)化設計 | 2020-01-11 |
| 摘要：從實際工程出發(fā)，針對加料裝置的動態(tài)定量稱重控制要求，對樹脂動態(tài)定量稱重過程進行了分析，提出基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡整定的PID控制方法，進行了控制自動灌裝機的設計和仿真實驗研究。仿真結果表明，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制具有滿意的控制效果、學習能力和對動態(tài)非線性的自動灌裝機的快速跟蹤能力，可以應用到樹脂灌裝控制實際工程中。 關鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制定量稱重動態(tài)模型自動灌裝機控制 O引言 樹脂動態(tài)定量稱重有兩個技術要求，即準確性和快速性。根據(jù)實際控制自動灌裝機的需要，應用現(xiàn)代控制理論建數(shù)學模型算式，滿足灌裝速度和計量度的自動灌裝機要求。 1動態(tài)定量稱重過程的分析樹脂特點主要表現(xiàn)為：含水量越少，粘度就越高，流速也越慢。樹脂灌裝自動灌裝機具有時變、隨機特性，是一個非線性控制對象，影響樹脂動態(tài)稱重的關鍵因素主要如下： ①樹脂在料斗中分布的不均勻性；②樹脂的流速； ③樹脂對稱重料斗的沖擊性； ④空中樹脂余料的不可測性； ⑤稱重模塊的穩(wěn)定性； ⑥測控自動灌裝機前向通道數(shù)據(jù)采集精度和穩(wěn)定性； ⑦測控自動灌裝機的時問滯后。為了解決樹脂灌裝的快速性和準確性這一對矛盾，把稱量過程分為粗稱和精稱兩個階段。在粗稱階段大量給料，縮短稱量時問；當給料量達到要求量的80％～90％時，開始精稱，在精稱階段小量給料以提高稱量精度。 2數(shù)學模型的建立 根據(jù)樹脂的固態(tài)特性，應按質(zhì)量進行計量，故可得到稱量斗的數(shù)學模型_8為：W(t)=JJQ(t)dt(1)式中：W(t)為樹脂質(zhì)量，kg；Q(t)為樹脂流量，kg／s。起始值為零的拉氏變換為：W(s)=Q(t)／s(2)由粗細加料器組成的灌裝機構的輸入開關信號有三種狀態(tài)：粗細加料器都接通加料；粗加料器斷開，細加料器接通單獨加料；粗細加料器都斷開，停止加料。對應三種狀態(tài)，輸入值u(￡)分別為1，1；0，1；0，0。樹脂動態(tài)定量稱重的模型是一階線性的，經(jīng)拉氏變換可得相關的傳遞函數(shù)。 粗加料器的傳遞函數(shù)為：s=：㈩細加料器的傳遞函數(shù)為：G2(：㈩粗細加料器除口徑不同外，其它參數(shù)皆同，故用一個方程，有：ai—dQ_(t)+biQ(￡)：kiui(￡)(5)其傳遞函數(shù)為：c)=等=(6)式中：o、b和k(i：1～3)為對象參數(shù)，這些參數(shù)都可以通過自動灌裝機辨識來得到；Q()為沒考慮擾動時的樹脂流量，kg／s；(t)為輸人信號；用來區(qū)別基本流量的大小。在i分別為1、2、3這三種情況下，假定o、b相等，以kl來表示樹脂流量的大小。樹脂單位質(zhì)量、粘度、料位等各種因素對流量產(chǎn)生隨機擾動Ⅳl和Ⅳ'，可將這些噪聲統(tǒng)一在積分環(huán)節(jié)前考慮。因此，初始值為零的拉氏變換為：kQ(s)：—÷(s)+(s)(7)式中：o、b、k為對象參數(shù)，k分三種情況取值；(S)為噪聲；，噪聲幅度系數(shù)；Q(S)為含噪聲的物流量。 3BP網(wǎng)絡動態(tài)定量稱量過程的控制方法 3．1智能控制 智能控制¨是人工智能、運籌學和自動控制三個學科的交叉。智能控制是控制理論發(fā)展的高級階段，它主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復雜自動灌裝機的控制問題，其中包括智能機器人自動灌裝機、計算機集成制造自動灌裝機、復雜的工業(yè)過程控制自動灌裝機、航空航天控制自動灌裝機、社會經(jīng)濟管理自動灌裝機、交通運輸自動灌裝機、環(huán)保及能源自動灌裝機等。智能控制的研究對象具備以下一些特點： ①不確定性的模型； ②②高度的非線性； ③③復雜的任務要求。智能控制自動灌裝機的主要功能特點有學習、適應和組織功能。 3．2神經(jīng)網(wǎng)絡控制 神經(jīng)網(wǎng)絡控制是智能控制的一個重要的研究分支。神經(jīng)網(wǎng)絡控制自動灌裝機是指采用神經(jīng)網(wǎng)絡作為主要工具進行自動灌裝機設計及實現(xiàn)的控制自動灌裝機，近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡控制自動灌裝機的研究工作發(fā)展很快，出現(xiàn)了大量基于神經(jīng)網(wǎng)絡的控制結構及控制方法，幾乎覆蓋了控制領域的所有研究分支?？偟膩碚f，神經(jīng)網(wǎng)絡控制的作用是為了解決主要由于對象的非線性和自動灌裝機建模不良所造成的不確定性問題，即努力降低這種缺乏必要的先驗知識給自動灌裝機控制帶來的困難。比較完善、規(guī)范的神經(jīng)網(wǎng)絡控制表述是：一個神經(jīng)網(wǎng)絡控制自動灌裝機是具有這樣一種能力的自動灌裝機，它能通過與控制對象和環(huán)境的閉環(huán)交互作用，通過學習過去獲得的經(jīng)驗信息，逐步改善自動灌裝機自身的未來性能。 4自動灌裝機仿真 樹脂灌裝自動灌裝機的近似數(shù)學模型為：，0()=+(一•)，公式中系數(shù)A(k)=1．2(1—0．8e-0．5k)，取神經(jīng)網(wǎng)絡的結構為4—5-3，(k)=1。，神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制的控制效果很明顯，結合了傳統(tǒng)的PID控制其性能穩(wěn)定，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差的特點，同時通過對控制參數(shù)的在線整定，可以不依賴于精確的數(shù)學模型。仿真結果可以看出自動灌裝機在0．12S附近就已經(jīng)進入了穩(wěn)定狀態(tài)，而且不產(chǎn)生超調(diào)。因此，可以得出神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制對于時變的、純滯后的、非線性的大慣性自動灌裝機可以取得很好的控制效果。 在程序初始化部分主要考慮在機器開始時要等待一定時間，待自動灌裝機穩(wěn)定后再開始采集數(shù)據(jù)。盡管自動灌裝機要求連續(xù)24h開機，但如果由于停電等其他原因?qū)е玛P機的話，數(shù)據(jù)如何處理也是該部分要考慮的內(nèi)容；日期變更處理部分主要是考慮當日期發(fā)生變化時，對上一天的油墨用量或增加量進行累計求和，寫入月報表中；數(shù)據(jù)的采集和濾波部分主要考慮的是在油墨數(shù)據(jù)采集過程中，由于墨泵房內(nèi)人在稱量器上踩踏或其他原因?qū)е碌挠媚客蝗蛔兓艽蟮那闆r，將其視為噪聲數(shù)據(jù)濾除掉。另外，由于所采用的控制儀表經(jīng)常會出現(xiàn)高位數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，因而所采集進入計算機的數(shù)據(jù)也有很大的跳變，這些都要采用一定的策略進行過濾。液體灌裝機采用Delphi編程語言實現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫采用Access，通過開物2000提供ODBC接El將數(shù)據(jù)自動存人數(shù)據(jù)庫中。 4自動灌裝機的應用與維護 任何液體灌裝機在投入使用時，由于操作人員的不熟悉或者由于開發(fā)人員在編寫程序時針對具體的用戶要求考慮得不全面，在初始運行的一段時間內(nèi)要根據(jù)用戶的要求對軟件進行修改，但該自動灌裝機的用戶分散在全國各地，如果由開發(fā)人員去現(xiàn)場維護，必定在路上浪費時間且要花費較多費用，為了降低成本，我們通過網(wǎng)絡實現(xiàn)了遠程調(diào)式與維護，效果非常理想。遠程維護主要通過三種途徑實現(xiàn)：一種是應用遠程控制軟件PcAnywhere來實現(xiàn)；第二種通過Windows的通信功能中的“遠程桌面”來實現(xiàn)；第三種是通過QQ即時通信軟件中的遠程控制來實現(xiàn)。這三種軟件我們在遠程調(diào)試中都采用過，感覺的還是QQ即時通信軟件。 5結束語自動灌裝機已經(jīng)成功應用，效果比較理想，用戶比較滿意。集中供墨自動灌裝機的應用不但減輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率，而且使各個班組的生產(chǎn)成本能夠很快由計算機統(tǒng)計出來，對于降低助劑和溶劑的成本很有幫助，因而受到大多數(shù)印刷廠的歡迎。 | |
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