一種基于去偽控制的模糊pid的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于去偽控制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，用于對擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行溫度控制，包括：采集擠出機(jī)機(jī)筒的溫度，將獲取到的溫度經(jīng)微分處理后輸入模糊推理控制器，模糊推理控制器對輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行處理，輸出模糊推理后的結(jié)果；將模糊推理的結(jié)果直接輸入去偽控制器，經(jīng)去偽控制器處理后得到PID控制器參數(shù)Kp、Ki、Kd；PID控制器通過去偽控制器輸出與實際輸入得到最終的控制變量u，用于對擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行溫度控制。采用本方法對擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行溫度控制，在具備可靠性和快速性的同時，又具有高魯棒性和強(qiáng)適應(yīng)性，并能消除傳統(tǒng)溫控方法存在的溫度控制不確定時滯，從而確保擠出機(jī)機(jī)筒具有良好的動、靜態(tài)特性，保證精確控溫。
【專利說明】一種基于去偽控制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動化設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于模糊去偽控制的擠出機(jī)溫度 控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 溫度控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位，是工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)及生活中較為常見和基本的工藝參數(shù)之一。塑料是一種高分子合成材料，是現(xiàn)代社 會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料之一，其廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、能源、交通運輸?shù)冉?jīng)濟(jì)領(lǐng)域，和鋼 鐵、木材、水泥并稱為材料領(lǐng)域的四大支柱。
[0003] 在塑料擠出行業(yè)，擠出機(jī)機(jī)筒的溫度控制效果關(guān)系到擠出塑料薄膜的質(zhì)量和品 質(zhì)。傳統(tǒng)擠出機(jī)的溫度控制采用開關(guān)控制法，即通過硬件電路和軟件計算對當(dāng)前溫度進(jìn)行 判斷，進(jìn)而對機(jī)筒表面的加熱裝置進(jìn)行通斷控制，達(dá)到控制溫度的效果。但是由于擠出機(jī)加 熱功率大、溫度超調(diào)量大、魯棒性差，采用此種溫度控制方式往往無法很好克服溫度變化的 滯后性，控制精度低，控制效果不理想，完全不能滿足高精度控溫要求。
[0004] 傳統(tǒng)的PID控制器是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛、最基本的一種控制器，其具有 算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點。但是PID方法在處理非線性系統(tǒng)時有其固有的缺 陷，在有精確模型時才是最有效的。當(dāng)PID控制器在處理非線性、時不變甚至在被控對象模 型不確定時很難實現(xiàn)有效的控制。
[0005] 上述傳統(tǒng)塑料擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制系統(tǒng)普遍存在的收斂時間長、超調(diào)量大，溫度 控制精度低的現(xiàn)象的不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷（不足），提供一種基于去偽控 制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，采用本方法對擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行溫度控制，在具 備可靠性和快速性的同時，又具有高魯棒性和強(qiáng)適應(yīng)性，并能消除傳統(tǒng)溫控方法存在的溫 度控制不確定時滯，從而確保擠出機(jī)機(jī)筒具有良好的動、靜態(tài)特性，保證精確控溫。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種基于去偽控制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，用于對擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn) 行溫度控制，包括以下步驟：
[0009] SI.采集擠出機(jī)機(jī)筒的溫度，將獲取到的溫度經(jīng)微分處理后輸入模糊推理控制器， 模糊推理控制器對輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行處理，輸出模糊推理后的結(jié)果；
[0010] S2.將模糊推理的結(jié)果直接輸入去偽控制器，經(jīng)去偽控制器的處理后得到PID控 制器的3個參數(shù)Kp、Ki、Kd;
[0011] S3. PID控制器通過去偽控制器的輸出與實際輸入得到最終的控制變量u，用于對 擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行溫度控制。
[0012] 進(jìn)一步的，所述擠出機(jī)機(jī)筒等距分為6-8個溫區(qū)，分別使用6-8個熱電偶采集各區(qū) 溫度，并對各區(qū)機(jī)筒進(jìn)行分段加熱、分段控溫。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟Sl中模糊推理控制器對輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行 處理的具體過程為：對輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行模糊化，該模糊控制輸入變量偏 差e和偏差變化率ec，輸出初始變量Kp、Ki、Kd ;對輸出初始變量進(jìn)行去模糊化并存儲；
[0014] 上述輸入輸出變量的隸屬函數(shù)采用三角函數(shù)形式，模糊控制的規(guī)則是電磁加熱器 溫度控制過程中的經(jīng)驗獲取。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：一種基于去偽控制的模糊PID 的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，采用本方法對擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行溫度控制，在具備可靠性和快 速性的同時，又具有高魯棒性和強(qiáng)適應(yīng)性，并能消除傳統(tǒng)溫控方法存在的溫度控制不確定 時滯，從而確保擠出機(jī)機(jī)筒具有良好的動、靜態(tài)特性，保證精確控溫。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是EXC1450/90-B生產(chǎn)工藝流程圖。
[0017] 圖2是電磁加熱的擠出機(jī)機(jī)筒結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明提出方法實現(xiàn)的總框圖。
[0019] 圖4是本發(fā)明提出方法中模糊控制器的框圖。
[0020] 圖5是輸入變量的隸屬函數(shù)圖。
[0021] 圖6是輸出變量的隸屬函數(shù)圖。
[0022] 圖7是本發(fā)明提出方法中去偽控制器的流程圖。

【具體實施方式】
[0023] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0024] 為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品 的尺寸；
[0025] 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解 的。
[0026] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0027] 實施例1
[0028] 本實施例的控制方法用于高性能的EXC1450/90-B生產(chǎn)線上，EXC1450/90-B生產(chǎn) 線具體如圖1所示，包括放卷部1、涂膠部2、第一電暈機(jī)3、烘箱部4、擠出機(jī)5、復(fù)合部6、第 二電暈機(jī)7、副放卷8、切邊整理9、接膜部10和收卷部11。其中擠出機(jī)5的機(jī)筒是采取高 效節(jié)能的電磁加熱方式，即通過三相半橋電磁感應(yīng)加熱驅(qū)動器產(chǎn)生頻率為20ΚΗΖ左右的高 頻交流電，從而根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生變化的磁場，隨后高頻交變的磁場產(chǎn)生渦流 來使機(jī)筒自內(nèi)向外快速發(fā)熱，而機(jī)筒表面保溫棉可以將90 %的能量保留在機(jī)筒上，熱量利 用充分，基本無散失，節(jié)電效果顯著。擠出機(jī)5的機(jī)筒的加熱方式克服了傳統(tǒng)擠出機(jī)機(jī)筒常 采取電阻加熱方式，接觸式熱傳遞方式電熱轉(zhuǎn)換效率低，而加熱圈外壁的熱量大部分散失 到空氣中，造成熱效率下降，環(huán)境溫度上升的問題。
[0029] 本實施例的生產(chǎn)線中的擠出機(jī)5的機(jī)筒的具體方式是：機(jī)筒等距分為六個溫區(qū)， 分別使用六個熱電偶采集各區(qū)溫度，分段加熱、分段控溫，提高控制精度，如圖2所示。
[0030] 本實施例提供了一種基于去偽控制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，用于 對上述擠出機(jī)5的機(jī)筒進(jìn)行溫度控制，其目的是解決了傳統(tǒng)PID控制器不能在線調(diào)整Κ ρ、Κρ Kd，在非線性條件下有效性變差的問題。
[0031] 本實施例提供溫度控制方法可以在無被控對象精確數(shù)學(xué)模型的情況下快速、準(zhǔn)確 地確定PID參數(shù)并進(jìn)行精確控制。該方法是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的，即只需得到輸入數(shù)據(jù)即可對 對象進(jìn)行控制。
[0032] 本方法包含三個過程，a、輸入溫度經(jīng)微分處理后輸入模糊推理控制器，模糊推理 控制器通過輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行處理，輸出模糊推理后的結(jié)果；b、模糊推理 的結(jié)果直接輸入去偽控制器，經(jīng)去偽控制器的處理后得到PID控制器的3個參數(shù)Kp、Ki、Kd ; c、PID控制器通過去偽控制器的輸出與實際輸入得到最終的控制變量u。具體實現(xiàn)框圖如 圖3所示。
[0033] 本實施例的基于去偽控制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，所述模糊去偽 控制PID控制器的設(shè)計方法包括以下步驟：
[0034] a、模糊控制器處理，詳細(xì)框圖如圖4所示。
[0035] 對輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行模糊化。
[0036] 整個系統(tǒng)的模糊控制采取"二入三出"，其中偏差e和偏差變化率ec的 論域取{-6, _5,-4,-3,-2,-1，0, 1，2, 3, 4, 5, 6};輸出變量 Kp、Ki、Kd 的論域取 {0, 1，2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11，12};
[0037] 所有輸入輸出變量的隸屬函數(shù)全部采取三角函數(shù)形式。如圖5、圖6所示。
[0038] 根據(jù)電磁加熱器溫度的控制過程中經(jīng)驗，得出控制規(guī)則。
[0039] 選取控制量變化的原則是：當(dāng)誤差大或較大時，選擇控制量以消除誤差為主。而當(dāng) 誤差較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)。Kp、Ki、Kd的模糊規(guī)則表如表1、2、3所示。
[0040] 表IKp的模糊規(guī)則表
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于去偽控制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，用于對擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行 溫度控制，其特征在于，包括W下步驟：
51. 采集擠出機(jī)機(jī)筒的溫度，將獲取到的溫度經(jīng)微分處理后輸入模糊推理控制器，模糊 推理控制器對輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行處理，輸出模糊推理后的結(jié)果；
52. 將模糊推理的結(jié)果直接輸入去偽控制器，經(jīng)去偽控制器的處理后得到PID控制器 的3個參數(shù)Kp、Ki、Kd ; 53. PID控制器通過去偽控制器的輸出與實際輸入得到最終的控制變量U，用于對擠出 機(jī)機(jī)筒進(jìn)行溫度控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去偽控制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，其特 征在于，所述擠出機(jī)機(jī)筒等距分為6-8個溫區(qū)，分別使用6-8個熱電偶采集各區(qū)溫度，并對 各區(qū)機(jī)筒進(jìn)行分段加熱、分段控溫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于去偽控制的模糊PID的擠出機(jī)機(jī)筒溫度控制方法，其特 征在于，所述步驟S1中模糊推理控制器對輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行處理的具體 過程為：對輸入量偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行模糊化，該模糊控制輸入變量偏差e和偏差 變化率ec,輸出初始變量化、Ki、Kd ;對輸出初始變量進(jìn)行解模糊化并存儲； 上述輸入輸出變量的隸屬函數(shù)采用H角函數(shù)形式，模糊控制的規(guī)則是電磁加熱器溫度 控制過程中的經(jīng)驗獲取。
【文檔編號】G05D23/22GK104460764SQ201410715221
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】王濤, 程良倫, 吳維耀 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)