2025年04月04日 11:26:39 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：1
| 树脂自动灌装机的优化设计 | 2020-01-11 |
| 摘要：从实际工程出发，针对加料装置的动态定量称重控制要求，对树脂动态定量称重过程进行了分析，提出基于BP神经网络整定的PID控制方法，进行了控制自动灌装机的设计和仿真实验研究。仿真结果表明，基于BP神经网络的PID控制具有满意的控制效果、学习能力和对动态非线性的自动灌装机的快速跟踪能力，可以应用到树脂灌装控制实际工程中。 关键词：BP神经网络PID控制定量称重动态模型自动灌装机控制 O引言 树脂动态定量称重有两个技术要求，即准确性和快速性。根据实际控制自动灌装机的需要，应用现代控制理论建数学模型算式，满足灌装速度和计量度的自动灌装机要求。 1动态定量称重过程的分析树脂特点主要表现为：含水量越少，粘度就越高，流速也越慢。树脂灌装自动灌装机具有时变、随机特性，是一个非线性控制对象，影响树脂动态称重的关键因素主要如下： ①树脂在料斗中分布的不均匀性；②树脂的流速； ③树脂对称重料斗的冲击性； ④空中树脂余料的不可测性； ⑤称重模块的稳定性； ⑥测控自动灌装机前向通道数据采集精度和稳定性； ⑦测控自动灌装机的时问滞后。为了解决树脂灌装的快速性和准确性这一对矛盾，把称量过程分为粗称和精称两个阶段。在粗称阶段大量给料，缩短称量时问；当给料量达到要求量的80％～90％时，开始精称，在精称阶段小量给料以提高称量精度。 2数学模型的建立 根据树脂的固态特性，应按质量进行计量，故可得到称量斗的数学模型_8为：W(t)=JJQ(t)dt(1)式中：W(t)为树脂质量，kg；Q(t)为树脂流量，kg／s。起始值为零的拉氏变换为：W(s)=Q(t)／s(2)由粗细加料器组成的灌装机构的输入开关信号有三种状态：粗细加料器都接通加料；粗加料器断开，细加料器接通单独加料；粗细加料器都断开，停止加料。对应三种状态，输入值u(￡)分别为1，1；0，1；0，0。树脂动态定量称重的模型是一阶线性的，经拉氏变换可得相关的传递函数。 粗加料器的传递函数为：s=：㈩细加料器的传递函数为：G2(：㈩粗细加料器除口径不同外，其它参数皆同，故用一个方程，有：ai—dQ_(t)+biQ(￡)：kiui(￡)(5)其传递函数为：c)=等=(6)式中：o、b和k(i：1～3)为对象参数，这些参数都可以通过自动灌装机辨识来得到；Q()为没考虑扰动时的树脂流量，kg／s；(t)为输人信号；用来区别基本流量的大小。在i分别为1、2、3这三种情况下，假定o、b相等，以kl来表示树脂流量的大小。树脂单位质量、粘度、料位等各种因素对流量产生随机扰动Ⅳl和Ⅳ'，可将这些噪声统一在积分环节前考虑。因此，初始值为零的拉氏变换为：kQ(s)：—÷(s)+(s)(7)式中：o、b、k为对象参数，k分三种情况取值；(S)为噪声；，噪声幅度系数；Q(S)为含噪声的物流量。 3BP网络动态定量称量过程的控制方法 3．1智能控制 智能控制¨是人工智能、运筹学和自动控制三个学科的交叉。智能控制是控制理论发展的高级阶段，它主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂自动灌装机的控制问题，其中包括智能机器人自动灌装机、计算机集成制造自动灌装机、复杂的工业过程控制自动灌装机、航空航天控制自动灌装机、社会经济管理自动灌装机、交通运输自动灌装机、环保及能源自动灌装机等。智能控制的研究对象具备以下一些特点： ①不确定性的模型； ②②高度的非线性； ③③复杂的任务要求。智能控制自动灌装机的主要功能特点有学习、适应和组织功能。 3．2神经网络控制 神经网络控制是智能控制的一个重要的研究分支。神经网络控制自动灌装机是指采用神经网络作为主要工具进行自动灌装机设计及实现的控制自动灌装机，近年来，神经网络控制自动灌装机的研究工作发展很快，出现了大量基于神经网络的控制结构及控制方法，几乎覆盖了控制领域的所有研究分支。总的来说，神经网络控制的作用是为了解决主要由于对象的非线性和自动灌装机建模不良所造成的不确定性问题，即努力降低这种缺乏必要的先验知识给自动灌装机控制带来的困难。比较完善、规范的神经网络控制表述是：一个神经网络控制自动灌装机是具有这样一种能力的自动灌装机，它能通过与控制对象和环境的闭环交互作用，通过学习过去获得的经验信息，逐步改善自动灌装机自身的未来性能。 4自动灌装机仿真 树脂灌装自动灌装机的近似数学模型为：，0()=+(一•)，公式中系数A(k)=1．2(1—0．8e-0．5k)，取神经网络的结构为4—5-3，(k)=1。，神经网络PID控制的控制效果很明显，结合了传统的PID控制其性能稳定，可以消除稳态误差的特点，同时通过对控制参数的在线整定，可以不依赖于精确的数学模型。仿真结果可以看出自动灌装机在0．12S附近就已经进入了稳定状态，而且不产生超调。因此，可以得出神经网络PID控制对于时变的、纯滞后的、非线性的大惯性自动灌装机可以取得很好的控制效果。 在程序初始化部分主要考虑在机器开始时要等待一定时间，待自动灌装机稳定后再开始采集数据。尽管自动灌装机要求连续24h开机，但如果由于停电等其他原因导致关机的话，数据如何处理也是该部分要考虑的内容；日期变更处理部分主要是考虑当日期发生变化时，对上一天的油墨用量或增加量进行累计求和，写入月报表中；数据的采集和滤波部分主要考虑的是在油墨数据采集过程中，由于墨泵房内人在称量器上踩踏或其他原因导致的用墨量突然变化很大的情况，将其视为噪声数据滤除掉。另外，由于所采用的控制仪表经常会出现高位数据丢失的现象，因而所采集进入计算机的数据也有很大的跳变，这些都要采用一定的策略进行过滤。液体灌装机采用Delphi编程语言实现，数据库采用Access，通过开物2000提供ODBC接El将数据自动存人数据库中。 4自动灌装机的应用与维护 任何液体灌装机在投入使用时，由于操作人员的不熟悉或者由于开发人员在编写程序时针对具体的用户要求考虑得不全面，在初始运行的一段时间内要根据用户的要求对软件进行修改，但该自动灌装机的用户分散在全国各地，如果由开发人员去现场维护，必定在路上浪费时间且要花费较多费用，为了降低成本，我们通过网络实现了远程调式与维护，效果非常理想。远程维护主要通过三种途径实现：一种是应用远程控制软件PcAnywhere来实现；第二种通过Windows的通信功能中的“远程桌面”来实现；第三种是通过QQ即时通信软件中的远程控制来实现。这三种软件我们在远程调试中都采用过，感觉的还是QQ即时通信软件。 5结束语自动灌装机已经成功应用，效果比较理想，用户比较满意。集中供墨自动灌装机的应用不但减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率，而且使各个班组的生产成本能够很快由计算机统计出来，对于降低助剂和溶剂的成本很有帮助，因而受到大多数印刷厂的欢迎。 | |
