一種磚廠動態(tài)配料系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建材產(chǎn)品動態(tài)配料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磚廠動態(tài)配料系統(tǒng)的魯棒自適 應(yīng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在磚廠的自動化生產(chǎn)過程中，動態(tài)配料工序是實現(xiàn)磚廠生產(chǎn)正常的關(guān)鍵工序，特 別是空心紅磚的生產(chǎn)。在空心磚生產(chǎn)過程中，需要將頁巖和煤炭按照一定比例進(jìn)行動態(tài)配 料。由于空心磚生產(chǎn)過程中所選用的都是優(yōu)質(zhì)煤，且所配置的煤炭比例一般不超過7%，因 此對配煤的精度要求極高。一旦配煤精度達(dá)不到要求，則后續(xù)生產(chǎn)的空心磚將全部報廢，嚴(yán) 重制約著產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)。
[0003] 磚廠動態(tài)配料量系統(tǒng)的直接控制量是給料機(jī)的運行頻率，由于煤炭的堆積密度是 變化的，因此給料機(jī)運行頻率與給料的重量之間存在著隨機(jī)性，在控制中存在著滯后大、出 現(xiàn)超調(diào)和不可逆，控制對象具有非線性和時變等特點，采用常規(guī)的控制算法難以適應(yīng)參數(shù) 變化及干擾因素的影響，不僅給調(diào)試帶來困難，控制效果也不理想，因此開發(fā)高效率、高精 度的控制方法，研制可靠的動態(tài)配料生產(chǎn)線勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種磚廠動態(tài)配料系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)控制方 法，該方法將魯棒自適應(yīng)控制算法與動態(tài)配料系統(tǒng)相結(jié)合，對配料過程的配比精度進(jìn)行控 制，從而實現(xiàn)建材產(chǎn)品質(zhì)量的提升。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] 一種磚廠動態(tài)配料系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一：根據(jù)系統(tǒng)給料部分工藝，分析給料過程機(jī)理，建立動態(tài)配料系統(tǒng)的電機(jī)頻 率與物料流量間的模型；
[0008] 步驟二：對系統(tǒng)模型中的未知參數(shù)進(jìn)行辨識，建立相應(yīng)的辨識算法；
[0009] 步驟三：由于動態(tài)配料存在不確定因素，所以對模型的不確定性進(jìn)行辨識，再將其 應(yīng)用于魯棒穩(wěn)定性條件；
[0010] 步驟四：設(shè)計魯棒控制器，并用自適應(yīng)控制確保性能指標(biāo)良好，修正模型結(jié)構(gòu)以達(dá) 到更好的控制效果。
[0011] 進(jìn)一步，在步驟一中，建立動態(tài)配料系統(tǒng)電機(jī)頻率與物料流量模型為：
[0013] 其中，為配料系統(tǒng)給料機(jī)給料流量，RD為電機(jī)的轉(zhuǎn)動半徑，RT為減速機(jī)的轉(zhuǎn)動半 徑，Re為給料皮帶轉(zhuǎn)動半徑，p為物料密度，W為皮帶秤寬度，h為物料下落高度，f為電機(jī) 的轉(zhuǎn)動頻率。
[0014] 進(jìn)一步，在步驟二中，采用非參數(shù)傳遞函數(shù)辨識方法辨識模型的不確定性部分：
[0015] q(k)= G〇(q_1)f(k)+ C'(k)
[0016] 其中，Gjcf1)為過程脈沖傳遞函數(shù)，| '(k)為輸出端干擾噪聲；
[0017] 在N時刻，辨識所得參數(shù)向量為6(A〇,可計算出標(biāo)稱對象模型Af1,知:)）的輸出 序列：供々,命,\，))|0々）=少（；\'>\(々-1)，讓=1，...1代入上述￡從)=厶0 |好(幻+ 4:'(幻后便 可進(jìn)行A (q4)頻響特性的辨識。
[0018] 進(jìn)一步，在步驟三和步驟四中，對模型的不確定性部分，將其直接應(yīng)用于系統(tǒng)魯棒 穩(wěn)定性分析，根據(jù)自適應(yīng)控制器的控制律
[0019] 得出魯棒穩(wěn)定條件：
[0020] 導(dǎo)出了優(yōu)化后的模型結(jié)構(gòu)：
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0023] 1)通過建立電機(jī)頻率與物料流量模型，解決了由于配料原料大小、密度、形狀的不 確定性而影響配料精度的問題，為動態(tài)配料魯棒自適應(yīng)控制方法的實現(xiàn)提供了理論指導(dǎo)；
[0024] 2)通過對模型參數(shù)進(jìn)行實時在線的系統(tǒng)辨識，能夠很好的解決系統(tǒng)不穩(wěn)定所帶來 的參數(shù)變化問題，從系統(tǒng)模型方面確保了控制的精度；
[0025]3)通過將系統(tǒng)輸出物料流量的連續(xù)信號離散化，再與系統(tǒng)辨識相結(jié)合，有效識別 出影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的瞬時值；
[0026]4)通過魯棒自適應(yīng)的控制方法，為動態(tài)配料的精度控制提供了科學(xué)可靠的理論依 據(jù)，并保證了配料過程的魯棒性、抗干擾性和高精確性。
【附圖說明】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0028] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程框圖；
[0029] 圖2為配料系統(tǒng)的簡化模型圖；
[0030] 圖3為乘積攝動模型控制框圖；
[0031] 圖4為模型參考自適應(yīng)控制框圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0033] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程框圖，如圖所示，本方法包括以下步驟：1)根據(jù)系統(tǒng) 給料部分工藝，分析給料過程機(jī)理，建立動態(tài)配料系統(tǒng)的電機(jī)頻率與物料流量間的模型；2) 對系統(tǒng)模型中的未知參數(shù)進(jìn)行辨識，建立相應(yīng)的辨識算法；3)由于動態(tài)配料存在不確定因 素，所以對模型的不確定性進(jìn)行辨識，再將其應(yīng)用于魯棒穩(wěn)定性條件；4)設(shè)計魯棒控制器， 并用自適應(yīng)控制確保性能指標(biāo)良好，修正模型結(jié)構(gòu)以達(dá)到更好的控制效果。
[0034] 1)對動態(tài)配料系統(tǒng)的電機(jī)頻率f與物料流量q之間的關(guān)系描述為：
[0036] 上式中，q(k+l)表示k+1時刻的物料流量，9 (!為過程實際參數(shù)向量，
[0037] <}) (k) = [_q(k)，-q(k-l)，? ? ?-q(k_na)，f(k)，? ? ? f(k_nb)]為系統(tǒng)自回歸向量，
[0038] Uk)為物料下料時的沖擊抖動等干擾誤差，滿足sup | Uk) |彡A ;
[0039] 建立遞推最小二乘辨識算法如下：
[0042] 其中，和k)為過程實際參數(shù)向量0 ^的估計；§〔0)可根據(jù)簡化配料模型計算出，當(dāng) 抑1)(1私-1)的值較小時a(k-l)取為0,否則取為一人為設(shè)定常數(shù)；簡化模型如圖 2所示。根據(jù)該簡化模型，分析其工藝，配料系統(tǒng)的輸入f與輸出之間的關(guān)系變化為：
[0044] 其中，RD為電機(jī)的轉(zhuǎn)動半徑，R T(m)為減速機(jī)的轉(zhuǎn)動半徑，&為給料皮帶轉(zhuǎn)動半徑， P為物料密度，w為皮帶秤寬度，h為物料下落高度，f?為電機(jī)的轉(zhuǎn)動頻率可直接得到；而％ 為配料系統(tǒng)給料機(jī)給料流量可按如下計算方式間接得到：
[0045] 皮帶秤物料沖擊模型為：
[0047] 其中，F(xiàn)(t)為考慮物料沖擊力時傳感器在時刻t所受的拉力值，m(t)為落下的物 料質(zhì)量，H為物料落下的高度，G為皮帶秤上物料量
[0049] 其中，k為稱量系數(shù)，v(m/s)為皮帶的額定轉(zhuǎn)速，Mmax為稱重傳感器的最大額定稱 量值，M min為稱重傳感器的最小額定稱量值，M ^ (kg)是電子皮帶秤自身的皮帶重量，L是皮帶 秤的有效稱量段的長度，V是皮帶秤傳感器輸出電壓值，Q為瞬時流量
[0050] 2)配料模型不確定部分的辨識
[0051] 為了將結(jié)果直接用于魯棒穩(wěn)定性條件的驗證，輸出信號經(jīng)過離散處理后，整個配 料系統(tǒng)可看作SISO離散系統(tǒng)，并用非參數(shù)傳遞函數(shù)辨識方法辨識模型的不確定性：
[0052] q (k) = G〇 (q_1) f (k) + C' (k)
[0053] 其中，Gjcf1)為過程脈沖傳遞函數(shù)；| ' (k)為輸出端干擾噪聲。設(shè)k時刻參數(shù) 辨識結(jié)果為§0)，且設(shè)上述模型滿足乘積攝動模型，如圖3所示。
[0054] 其中為標(biāo)稱對象的傳遞函數(shù)，設(shè)卵：) = 〇(《_jW)/⑷， ;:(A-) = 7(A')-^"(A')，則s(/t) = A(>/ '^"(幻 + '伙）
[0055] A (q，為不確定部分傳遞函數(shù)，f(k)為k時刻的輸入頻率；
[0056] 因此，在N時刻辨識所得參數(shù)向量為戎A〇 ,可計算出標(biāo)稱對象模型(^'0~(幻)的 輸出序列：仍以)(~.))|仍幻=f? (A，)<(々-丨),k = 1，? ? ? N
[0057] <K(k_l)表示標(biāo)稱對象模型系統(tǒng)的自回歸向量；
[0058] 帶入上述e(幻=A(t/ ^(幻+ 4認(rèn))后便可進(jìn)行A (q4)頻響特性的辨識。
[0059] 3)設(shè)計自適應(yīng)控制器
[0060] 理想狀況下，物料流量輸出％應(yīng)與物料設(shè)定值Q相同，故設(shè)計一模型參考自適應(yīng) 控制器，以物料設(shè)定值Q為參考模型，根據(jù)Q e-Q的值來調(diào)整給料速度。
[0061] 圖4為模型參考自適應(yīng)控制框圖，設(shè)可調(diào)增益為ke(t)，參考模型增益為k m(t)，被 控對象增益為kp(t) ?，連續(xù)采樣時，根據(jù)e的導(dǎo)數(shù)，求得可調(diào)增益自適應(yīng)律C為
[0063] 其中，y稱為自適應(yīng)增益；
[0064] 將其帶入乘積攝動魯棒穩(wěn)定性條件，可得
[0065] 修正后的模型結(jié)構(gòu)為j(~)) = (、'.火/V))(1+々m。
[0066] ^廠1)為A(廠^最優(yōu)化系數(shù)后得到（如插值法），具體操作由A (〇的復(fù)雜程度 而定；
[0067] 最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種磚廠動態(tài)配料系統(tǒng)的魯椿自適應(yīng)控制方法，其特征在于：包括w下步驟： 步驟一：根據(jù)系統(tǒng)給料部分工藝，分析給料過程機(jī)理，建立動態(tài)配料系統(tǒng)的電機(jī)頻率與 物料流量間的模型； 步驟二；對系統(tǒng)模型中的未知參數(shù)進(jìn)行辨識，建立相應(yīng)的辨識算法； 步驟對模型的不確定性進(jìn)行辨識，再將其應(yīng)用于魯椿穩(wěn)定性條件； 步驟四：設(shè)計魯椿控制器，并用自適應(yīng)控制確保性能指標(biāo)良好，修正模型結(jié)構(gòu)W達(dá)到更 好的控制效果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磚廠動態(tài)配料系統(tǒng)的魯椿自適應(yīng)控制方法，其特征在 于：步驟一中，建立動態(tài)配料系統(tǒng)電機(jī)頻率與物料流量模型為：其中，Qe為配料系統(tǒng)給料機(jī)給料流量，Rd為電機(jī)的轉(zhuǎn)動半徑，為減速機(jī)的轉(zhuǎn)動半徑， 咕為給料皮帶轉(zhuǎn)動半徑，P為物料密度，W為皮帶砰寬度，h為物料下落高度，f為電機(jī)的轉(zhuǎn) 動頻率。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磚廠動態(tài)配料系統(tǒng)的魯椿自適應(yīng)控制方法，其特征在 于；在步驟二中，采用非參數(shù)傳遞函數(shù)辨識方法辨識模型的不確定性部分： q化）=G〇(q-i)f(k)+C' (k) 其中，Gu(q氣為過程脈沖傳遞函數(shù)，C' (k)為輸出端干擾噪聲； 在N時刻，辨識所得參數(shù)向量為斬A0，可計算出標(biāo)稱對象模型句腳)的輸出序 列；奪(/、'，如、〇)|(7(^=貧''（,^)如(/、--1)，/、'=1，...斯，代入上述￡(反)=么((/'場作)+《'作）后便可 進(jìn)行A(q-i)頻響特性的辨識。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磚廠動態(tài)配料系統(tǒng)的魯椿自適應(yīng)控制方法，其特征在 于；在步驟=和步驟四中，對模型的不確定性部分，將其直接應(yīng)用于系統(tǒng)魯椿穩(wěn)定性分析， 根據(jù)自適應(yīng)控制器的控制律：得出魯椿穩(wěn)定條件導(dǎo)出了優(yōu)化后的模型結(jié)構(gòu)：
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種動態(tài)配料系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟：1)根據(jù)系統(tǒng)給料部分工藝，分析給料過程機(jī)理，建立動態(tài)配料系統(tǒng)的電機(jī)頻率與物料流量間的模型；2)對系統(tǒng)模型中的未知參數(shù)進(jìn)行辨識，建立相應(yīng)的辨識算法；3)對模型的不確定性進(jìn)行辨識，再將其應(yīng)用于魯棒穩(wěn)定性條件；4)設(shè)計魯棒控制器，并用自適應(yīng)控制確保性能指標(biāo)良好，修正模型結(jié)構(gòu)以達(dá)到更好的控制效果。本方法根據(jù)建材配料系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，采用機(jī)理分析建立動態(tài)配料系統(tǒng)簡化數(shù)學(xué)模型，通過簡化數(shù)學(xué)模型獲取系統(tǒng)傳遞函數(shù)，并根據(jù)所獲取的傳遞函數(shù)設(shè)計動態(tài)配料系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)方法，保證了配料過程的魯棒性、抗干擾性和高精確性。
【IPC分類】G05B13/04
【公開號】CN104932257
【申請?zhí)枴緾N201510249270
【發(fā)明人】林景棟, 黃立沛, 劉歡, 郝文元, 徐大發(fā), 游佳川, 韓沖
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月15日