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专利号: 2021116679065
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:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种注塑机注射速度的优化控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:建立注塑机控制系统的动态模型;

S2:根据S1的动态模型,建立实现注塑机控制系统在给定时间内驱动注塑机的注射速度跟踪上所期望的注射速度输出轨迹的优化模型;

S3:对S2的优化模型使用控制参数化方法进行处理,转化为以参数向量为优化决策的非线性优化模型;

S4:利用非线性优化方法求出S3所述非线性优化模型的最优解,实现注塑机注射速度的优化控制。

2.根据权利要求1所述的注塑机注射速度的优化控制方法,其特征在于,S1中,所述注塑机控制系统动态模型的表达式如下所示:其中,t表示控制时域, 表示注塑机的伺服电机的运行速度,l(t)表示注塑机的喷射液压执行缸的位移,v(t)表示注塑机的喷射液压执行缸的速度,P1(t)表示注塑机的喷射液压执行缸的压力,P2(t)表示喷嘴的压力;u(t)为控制信号;ks表示注塑机的伺服电机扭矩增益,τs表示注塑机的伺服电机相关的时间常数,M表示液压流体体积模数,A1表示圆柱横截面积,A2表示桶的横截面积,η表示聚合物粘度,R表示喷嘴圆球半径,n表示聚合物熔体流动速度,l0表示螺钉的初始长度,s表示聚合物熔体的幂律指数,Kr表示螺杆半径与喷嘴半径之比,β1表示液压流体体积模数,α10表示注油侧的油量,Q1表示泵的流量,β2表示喷嘴体积弹性模量,α20表示聚合物在桶内的体积,Q2表示聚合物熔体流动速率;

令注塑机控制系统动态模型的状态变量则注塑机控制系统动态模型的动态系统方程如下所示:

3.根据权利要求2所述的注塑机注射速度的优化控制方法,其特征在于,S2中,实现注塑机控制系统在给定时间内驱动注塑机的注射速度跟踪上所期望的注射速度输出轨迹的优化模型定义为:

x(0)=x0

其中,J(t)为优化模型的目标函数,vd(t)表示期望的注射速度,x3(t)表示实际的注塑速度,γ为权重因子。

4.根据权利要求3所述的注塑机注射速度的优化控制方法,其特征在于,S3具体包括以下步骤:

S3.1:将控制时域t∈[0,T]等分成n段时间子区间[tk‑1,tk),其表达式如下所示:

0=t0≤t1≤t2≤...≤tn‑1≤tn=T其中,k=1,2,...,n,n为整数;并且,时间节点变量tk(k=1,2,...,n)为预先设定的固定值,对于时间节点变量tk,满足下面约束条件:τmin≤tk‑tk‑1≤τmax,k=1,2,...,n其中,τmin>0和τmax>0分别表示最小时间子区间度量和最大时间子区间度量;

S3.2:通过在每个时间子区间内用一个分段常数函数序列,来参数化注塑机控制系统动态模型的控制信号u(t),得到u(t)的参数向量σk,其表达式如下所示:其中,σk表示一组待优化的近似控制参数向量, 为性能指标函数,其定义如下所示:

其中,t1,t2,...,tn‑1为等间距的时间点;

参数向量σk满足以下约束条件:

u(t)min≤σk≤u(t)max,k=1,2,...,n。

将参数向量σk代入注塑机控制系统动态模型的动态系统方程,其表达式如下所示:令 为注塑机控制系统关于控制信号参数向量的解,为动态方程 的初值,此时,以参数向量为优化决策的非线性优化模型的表达式如下所示:

5.根据权利要求1‑4任一项所述的注塑机注射速度的优化控制方法,其特征在于,S4中,使用粒子群进化算法对所述非线性优化模型进行迭代优化,直至非线性优化模型的目标函数得到最小化,获得非线性优化模型的最优解。

6.根据权利要求5所述的注塑机注射速度的优化控制方法,其特征在于,S4具体包括以下步骤:

i

S4.1:设置生成粒子数σ=[σi1,σi2,...,σin]、粒子迭代次数q、自身最优解影响系数c1、全局最优解影响系数c2和惯性权重ω,其中i为粒子群搜索的维度;随机生成粒子的初始位置状态Xq和粒子的初始速度状态Vq;

S4.2:求解参数化动态微分方程组 和 并根据参数化动态微分方程的求解结果,计算粒子目标函数值,衡量粒子当前位置适应度值fitness;

S4.3:判断粒子是否达到迭代次数,如果达到迭代次数,则输出控制信号参数向量σ的最优解;如果未达到迭代次数,使q=q+1,执行S3.4;

S4.4:通过对自身最优解信息Xpbest的获取和与群体交流共享获取的全体最优解信息Xgbest,更新粒子的速度状态Vq和位置状态Xq,然后重新执行S3.2,粒子速度状态和位置状态的迭代公式表示为:

Vq+1=ω·Vq+c1·r1·(Xpbest‑Xq)+c2·r2·(Xqbest‑Xq)Xq+1=Xq+Vq+1

其中,r1和r2分别为可设定的参数,表示迭代过程中的随机影响。

7.根据权利要求7所述的注塑机注射速度的优化控制方法,其特征在于,S4.3中,所述控制信号参数向量σ的最优解包括个体最优解σpbest和全体最优解σgbest。

8.一种注塑机注射速度的优化控制系统,其特征在于,包括:建模模块,用于注塑机控制系统的动态模型,并基于所述注塑机控制系统的动态模型,建立实现注塑机控制系统在给定时间内驱动注塑机的注射速度跟踪上所期望的注射速度输出轨迹的优化模型;

参数化模块,用于对建模模块中的优化模型使用控制参数化方法进行处理,转化为以参数向量为优化决策的非线性优化模型;

优化模块,用于对非线性优化模型使用非线性优化方法进行优化,得到非线性优化模型的最优解。

9.根据权利要求8所述的注塑机注射速度的优化控制系统,其特征在于,所述优化模块使用粒子群进化算法,对非线性优化模型进行优化,得到最优解。

10.一种注塑机注射速度的优化控制装置,其特征在于,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有计算机程序,所述处理器执行存储器中的计算机程序时实现如权利要求1~7任一项所述的注塑机注射速度的优化控制方法的步骤。