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专利号: 2020112673050
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种注塑机PID控制器的参数调控方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:确定注塑机控制系统的动态模型 相关约束和优化目标函数;动态模型如下:式中,变量z为注射位移;变量vz为注射速度;变量P1为液压压力;变量P2为喷射压力;控制变量u定义为液压油进入注射缸的流量;且 其中e(t)=vz(t)‑vd是注射速度跟踪误差,vd为期望跟踪速度,kP、kI、kD分别为PID控制器的比例、积分、微分前项系数;v10为注油侧的油量;A1为圆柱横截面积;β1为液压流体体积模数;v20:聚合物在桶内的体积;A2为桶的横截面积;β2为喷嘴体积弹性模量;M为执行器‑螺杆组件的质量;Qp为聚合物熔体流动速度;Rn为喷嘴半径;为聚合物熔体的幂律指数;η为聚合物粘度;kr为螺杆半径与喷嘴半径之比; l0为螺杆初始长度;

T

令 其中,k=[kP kI kD] ,且系统的初始条T

件均设定为0,即x(0)=[0 0 0 0],f(t,x(t),k)为系统动态方程;

步骤二:根据灵敏度方法得出动态模型的灵敏度模型步骤三:将动态模型和灵敏度模型视作目标函数的动态约束,基于梯度信息来求目标函数的极小值;

步骤四:步骤三中目标函数的极小值对应的待优化参数就是PID控制器的最优参数。

2.根据权利要求1所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法,其特征在于,目标函数J同时满足动态模型 的和控制umin≤u≤umax的要求,将目标函数J定义为:式中,vz为注射速度;vd为期望跟踪速度。

3.根据权利要求2所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法,其特征在于,在所述步骤二中,建立灵敏度模型的具体的流程为:T

S2.1:定义一组新的变量Γ(t,k),表示动态模型各个状态变量x=[x1 x2 x3 x4]分别T

对应待优化参数k=[kP kI kD]的偏导函数;

S2.2:求出Γ(t,k)关于时间t的导数S2.3:利用微分方程组构造出灵敏度模型

4.根据权利要求3所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法,其特征在于,变量变量Γ关于时间t的导数具体为:式中,f(t,x(t),k)为动态方程,x为动态模型状态变量,k为待优化参数;

由 构成的方程组 即为灵敏度模型

5.根据权利要求4所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法,其特征在于,在所述步骤三中,具体的流程为:

S3.1:将动态模型和灵敏度模型结合,得到一个扩充的常微分方程组;

T

S3.2:基于步骤S3.1的常微分方程组,建立目标函数J的优化参数k=[kP kI kD]的梯度信息

S3.3:根据完成的梯度信息 基于梯度下降法的思想,利用非线性优化算法进行自动迭代寻优,使目标函数收敛到一个极小值。

6.根据权利要求5所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法,其特征在于,在所述步骤S3.1中,常微分方程组具体为:式中,f(t,x(t),k)为动态方程,x为动态模型状态变量,k为待优化参数。

7.根据权利要求6所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法,其特征在于,在所述步骤S3.2中,梯度信息 如下式所示:式中,λ等于2;kP、kI、kD为待优化参数,x3为状态变量,Γ31为x3关于kP的偏导;Γ32为x3关于kI的偏导;Γ33为x3关于kD的偏导。

8.根据权利要求6所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法,其特征在于,通过用ode45或者其他数值算法来求解步骤S3.1中的常微分方程组。

9.一种注塑机PID控制器,其特征在于,应用了权利要求1‑8任一所述的注塑机PID控制器的参数调控方法。