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| 樹脂自動(dòng)灌裝機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì) | 2020-01-11 |
| 摘要：從實(shí)際工程出發(fā)，針對加料裝置的動(dòng)態(tài)定量稱重控制要求，對樹脂動(dòng)態(tài)定量稱重過程進(jìn)行了分析，提出基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制方法，進(jìn)行了控制自動(dòng)灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)研究。仿真結(jié)果表明，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制具有滿意的控制效果、學(xué)習(xí)能力和對動(dòng)態(tài)非線性的自動(dòng)灌裝機(jī)的快速跟蹤能力，可以應(yīng)用到樹脂灌裝控制實(shí)際工程中。 關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制定量稱重動(dòng)態(tài)模型自動(dòng)灌裝機(jī)控制 O引言 樹脂動(dòng)態(tài)定量稱重有兩個(gè)技術(shù)要求，即準(zhǔn)確性和快速性。根據(jù)實(shí)際控制自動(dòng)灌裝機(jī)的需要，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論建數(shù)學(xué)模型算式，滿足灌裝速度和計(jì)量度的自動(dòng)灌裝機(jī)要求。 1動(dòng)態(tài)定量稱重過程的分析樹脂特點(diǎn)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(dòng)灌裝機(jī)具有時(shí)變、隨機(jī)特性，是一個(gè)非線性控制對象，影響樹脂動(dòng)態(tài)稱重的關(guān)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(dòng)灌裝機(jī)前向通道數(shù)據(jù)采集精度和穩(wěn)定性； ⑦測控自動(dòng)灌裝機(jī)的時(shí)問滯后。為了解決樹脂灌裝的快速性和準(zhǔn)確性這一對矛盾，把稱量過程分為粗稱和精稱兩個(gè)階段。在粗稱階段大量給料，縮短稱量時(shí)問；當(dāng)給料量達(dá)到要求量的80％～90％時(shí)，開始精稱，在精稱階段小量給料以提高稱量精度。 2數(shù)學(xué)模型的建立 根據(jù)樹脂的固態(tài)特性，應(yīng)按質(zhì)量進(jìn)行計(jì)量，故可得到稱量斗的數(shù)學(xué)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(xì)加料器組成的灌裝機(jī)構(gòu)的輸入開關(guān)信號(hào)有三種狀態(tài)：粗細(xì)加料器都接通加料；粗加料器斷開，細(xì)加料器接通單獨(dú)加料；粗細(xì)加料器都斷開，停止加料。對應(yīng)三種狀態(tài)，輸入值u(￡)分別為1，1；0，1；0，0。樹脂動(dòng)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(guān)的傳遞函數(shù)。 粗加料器的傳遞函數(shù)為：s=：㈩細(xì)加料器的傳遞函數(shù)為：G2(：㈩粗細(xì)加料器除口徑不同外，其它參數(shù)皆同，故用一個(gè)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(dòng)灌裝機(jī)辨識(shí)來得到；Q()為沒考慮擾動(dòng)時(shí)的樹脂流量，kg／s；(t)為輸人信號(hào)；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(jī)擾動(dòng)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(luò)動(dòng)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(yùn)籌學(xué)和自動(dòng)控制三個(gè)學(xué)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(fù)雜自動(dòng)灌裝機(jī)的控制問題，其中包括智能機(jī)器人自動(dòng)灌裝機(jī)、計(jì)算機(jī)集成制造自動(dòng)灌裝機(jī)、復(fù)雜的工業(yè)過程控制自動(dòng)灌裝機(jī)、航空航天控制自動(dòng)灌裝機(jī)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)管理自動(dòng)灌裝機(jī)、交通運(yùn)輸自動(dòng)灌裝機(jī)、環(huán)保及能源自動(dòng)灌裝機(jī)等。智能控制的研究對象具備以下一些特點(diǎn)： ①不確定性的模型； ②②高度的非線性； ③③復(fù)雜的任務(wù)要求。智能控制自動(dòng)灌裝機(jī)的主要功能特點(diǎn)有學(xué)習(xí)、適應(yīng)和組織功能。 3．2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是智能控制的一個(gè)重要的研究分支。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)灌裝機(jī)是指采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為主要工具進(jìn)行自動(dòng)灌裝機(jī)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的控制自動(dòng)灌裝機(jī)，近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)灌裝機(jī)的研究工作發(fā)展很快，出現(xiàn)了大量基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制結(jié)構(gòu)及控制方法，幾乎覆蓋了控制領(lǐng)域的所有研究分支?？偟膩碚f，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的作用是為了解決主要由于對象的非線性和自動(dòng)灌裝機(jī)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(yàn)知識(shí)給自動(dòng)灌裝機(jī)控制帶來的困難。比較*、規(guī)范的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制表述是：一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)灌裝機(jī)是具有這樣一種能力的自動(dòng)灌裝機(jī)，它能通過與控制對象和環(huán)境的閉環(huán)交互作用，通過學(xué)習(xí)過去獲得的經(jīng)驗(yàn)信息，逐步改善自動(dòng)灌裝機(jī)自身的未來性能。 4自動(dòng)灌裝機(jī)仿真 樹脂灌裝自動(dòng)灌裝機(jī)的近似數(shù)學(xué)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(luò)的結(jié)構(gòu)為4—5-3，(k)=1。，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的控制效果很明顯，結(jié)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(diǎn)，同時(shí)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(xué)模型。仿真結(jié)果可以看出自動(dòng)灌裝機(jī)在0．12S附近就已經(jīng)進(jìn)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(luò)PID控制對于時(shí)變的、純滯后的、非線性的大慣性自動(dòng)灌裝機(jī)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(jī)器開始時(shí)要等待一定時(shí)間，待自動(dòng)灌裝機(jī)穩(wěn)定后再開始采集數(shù)據(jù)。盡管自動(dòng)灌裝機(jī)要求連續(xù)24h開機(jī)，但如果由于停電等其他原因?qū)е玛P(guān)機(jī)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(dāng)日期發(fā)生變化時(shí)，對上一天的油墨用量或增加量進(jìn)行累計(jì)求和，寫入月報(bào)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(huì)出現(xiàn)高位數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，因而所采集進(jìn)入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)也有很大的跳變，這些都要采用一定的策略進(jìn)行過濾。液體灌裝機(jī)采用Delphi編程語言實(shí)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(dòng)存人數(shù)據(jù)庫中。 4自動(dòng)灌裝機(jī)的應(yīng)用與維護(hù) 任何液體灌裝機(jī)在投入使用時(shí)，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(shí)針對具體的用戶要求考慮得不全面，在初始運(yùn)行的一段時(shí)間內(nèi)要根據(jù)用戶的要求對軟件進(jìn)行修改，但該自動(dòng)灌裝機(jī)的用戶分散在全國各地，如果由開發(fā)人員去現(xiàn)場維護(hù)，必定在路上浪費(fèi)時(shí)間且要花費(fèi)較多費(fèi)用，為了降低成本，我們通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)式與維護(hù)，效果非常理想。遠(yuǎn)程維護(hù)主要通過三種途徑實(shí)現(xiàn)：一種是應(yīng)用遠(yuǎn)程控制軟件PcAnywhere來實(shí)現(xiàn)；第二種通過Windows的通信功能中的“遠(yuǎn)程桌面”來實(shí)現(xiàn)；第三種是通過QQ即時(shí)通信軟件中的遠(yuǎn)程控制來實(shí)現(xiàn)。這三種軟件我們在遠(yuǎn)程調(diào)試中都采用過，感覺的還是QQ即時(shí)通信軟件。 5結(jié)束語自動(dòng)灌裝機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用，效果比較理想，用戶比較滿意。集中供墨自動(dòng)灌裝機(jī)的應(yīng)用不但減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且使各個(gè)班組的生產(chǎn)成本能夠很快由計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)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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