一种提高开合模机构定位精度的学习方法

专利名称：一种提高开合模机构定位精度的学习方法
技术领域：
本发明属于智能控制技术领域，涉及基于电液比例技术的注塑 机开合模机构及相关液压控制系统，尤其涉及一种迭代学习提高注 塑机开合模机构定位精度的方法。
背景技术：
现代注塑成型机是一个集机、电、液一体化的系统。由于这种 设备具有成型复杂制品、后加工量小、加工的塑料种类多等特点，因此，获得普遍应用。现在，80%以上的工程塑料制品均采用注塑 成型工艺加工。注塑机工作过程一般可分为以下步骤合模—注射保压—熔胶 加料—冷却定型—开模—顶针托模。绝大部分注塑机均采用了液压系统来实现动作开关的控制以及压力和流量的控制，从而完成上述 工作循环。应用于注塑机的液压控制系统大致可分为三类常规液 压控制系统、伺服液压控制系统和比例液压控制系统。常规注塑机液压控制系统普及于上世纪50、 60年代，由普通的液压泵、溢流阀等组成，对液压系统的压力、流量、方向只能是开关式通断控制， 压力和速度调节只有几级，难以满足较复杂的塑料制品成型工艺要 求，并且功耗大，因此采用常规液压系统的注塑机已属淘汰产品。 伺服液压系统是指在油路中配置单个或多个伺服阀来精确地控制液 压系统的压力和流量，具有优异的稳态和动态性能，其响应频率可达IOOHZ以上。但采用电液伺服阀的液压系统存在对元件精密度以 及工作油液的清洁度要求高，从而导致成本高、抗油污能力差等缺 点，在注塑机液压系统中未得到广泛应用。在实际应用中，注塑工 艺过程要求液压系统的压力和流量得到连续的控制，其控制精度要 求不需要很高，同时液压系统需具有较好的抗油污能力，并且成本
低。采用电液比例阀的液压系统能满足上述要求，因此现代注塑机 液压控制系统几乎毫不例外的采用了电液比例技术。电液比例技术 通过电磁力与控制阀芯的开口量或阀芯的弹簧力的比例作用，实现 系统流量和压力的比例放大控制，从而达到注射速度、螺杆转速、 开合模速度、保压压力、螺杆转矩、注射座压力、顶出力等实行单 级、多级控制。液压系统中使用的电液比例压力流量复合阀按控制方式可分为 开环控制比例阀和闭环控制比例阀两类。采用开环控制比例阀的液 压系统工作时，由控制器给出与设定值相对应的压力、流量的控制 信号，比例阀按此信号控制阀芯开启程度，输出相应的压力和流量。 由于控制过程中，对阀芯位置只是开环控制，其控制的控制精度与 重复精度只能由比例阀执行精度保证，而控制过程会受到油温、油 污和负载波动等各种变化因素的影响，因此达不到很高控制精度， 只能满足常规产品的控制要求。要提高控制精度，解决控制问题主 要有两种途径采用全伺服阀的控制系统或闭环比例控制系统。其 中比较简单的办法是采用闭环比例阀，通过比例阀本身的阀芯位置 的闭环控制来提高控制精度。目前市场中还存在采用开环比例变量 泵和闭环比例变量泵技术的注塑机，泵控系统的控制原理与开闭环 比例阀一样，但能通过直接控制液压泵的输出压力和流量来达到注 塑机节能控制的目的。在我国，截至2003年，注塑机总产量达到了 5.1万台，已居世界第一位，市场份额占世界总产量的60%。目前国内市场中，占总 产量95%以上的注塑机液压系统采用的是电液比例技术，其中绝大 部分采用的是开环控制方式的比例阔(位置控制不是采用位置误差 信号进行控制的闭环控制方式)。此类系统均配置有实时计算机控 制系统来控制注塑机动作。由用户首先在操作页面上设置好注塑机 各级动作的压力、流量以及动作切换位置(电子尺或行程开关方式)， 然后由控制器根据用户设置参数，按一定顺序执行并切换动作，从 而完成注塑生产工艺流程。对注塑机来说，开合模装置是保证注塑机成型模具可靠的锁紧 和实现模具开合及顶出产品的部件。开合模过程控制两个主要的变 量是合模力和位置。合模力的重复再现是稳定成型周期的必要条件， 采用电液比例技术的液压系统能较好满足输出开合模力精度要求。 注塑机对开合模机构位置要求 一方面指先进的注塑机不断追求效 率的提高，移模速度直接影响成型周期，因此要求移模速度尽可能 快；另一方面，由于特殊工艺的不断开发和推广，开合模机构定位 的控制精度要求越来越高。目前，我国大部分注塑机开合模动作均使用开环比例阀+电磁换 向阀控制。由于在开合模动作停止命令输出到达动模板实际停止位 置还存在一个压力流量的减速过程，加上液压系统存在反应时滞， 因此在合模接近终止时因惯性作用使动模板停止的实际位置偏离其 设定的位置。开模停止位置误差大约为几个毫米 几十毫米，这样的 位置精度对一般的半/全自动生产来讲是没有什么影响的，我们也察 觉不到。但随着塑料产品规模化、自动化生产逐渐发展，为提高生 产效率，在生产过程中，越来越多的生产厂商开始给注塑机配备机 械手装置。当使用机械手进行全自动生产取出制品时，由于机械手 的运动轨迹是一定的，如果开模的位置过头，机械手可能会取不到 产品，导致机械手频繁报警，中断全自动生产过程。目前注塑工艺 中逐渐兴起的自动模内贴标技术也对开模定位精度也提出了更高要 求，其制造过程是机械手吸起已经印刷好的标签，放置在模具中， 借助塑料熔胶融化时的高温来熔化模内标签背面的热熔胶黏剂，以 使标签和容器融为一体。注塑机控制器必须保证的开合模动作的平 稳性和定位精度，才能保证薄标签贴膜准确并在模具内不会发生移 动。在合模过程中，为防止机械系统对模具的挤压和冲击，要求动 模板按照慢—快—慢的方式运动，并且合模停止位置要准确，从而 达到保护模具的作用。开合模定位误差跟注塑机开合模机构大小以及用户设定动作流 量/压力有关，不同型号的注塑机，由于开合模机构刚度以及动作所 需压力流量的不同，因此开合模定位误差各不相同。即使对统一型 号的注塑机，由于各部件的不一致性，其开合模定位精度也各不相 同。目前，为了避免开合模机构定位误差，解决方法主要是采用机 械方式来限制开合模位置，从而到达精确定位和保护的目的。开模 停止位置误差采用加装开模机械定位装置来加以预防，合模终止停 止位置由合模终止限位行程开关进行保护。采用加机械定位装置或 行程开关的方法来保证开合模定位精度，由于开合模动作到达设定 停止位置时，油路中压力和流量可能仍未完全卸去，强制关闭动作 会导致机械冲击现象，从而造成开合模动作不平稳并加速机械磨损。发明内容针对现有技术注塑机控制技术水平现状，本发明的目的是提高 注塑机工作过程中开合模机构的定位精度。本发明利用注塑机往复 工作特性，提出了一种实用的提高注塑机开合模机构定位精度的方 法。该方法适用于釆用开环分级动作控制并利用电子尺或编码器等 线性位移传感器进行开合模定位控制的注塑机系统或类似的液压控 制系统。为了实现所述目的，本发明提出一种提高开合模机构定位精度 的学习方法步骤包括通过迭代学习律学习开合模动作停止的位置 提前量，用于补偿开合模动作停止时，因压力流量减速过程、液压 控制系统的响应时滞以及在开合模机构的惯性作用而造成的动模板 停止位置误差值。根据本发明的实施例，所述学习律包括如下步骤 步骤a:给定设定的停止位置V^，选取第一次学习过程的提 前量"(l);步骤b:在开合模定位控制中加入提前量"(l)输入；同时根据 线性位移传感器采样获得动模实际停止位置HV开模动作完成后计 算输出停止位置误差e(l);步骤c:利用迭代学习律学习第2次学习过程的提前量w(2);步骤d:重复步骤b、步骤c相同的过程，依次可得到"(3)、w(4)... "(A)、 "(^: + 1)...和相应的<2)、 e(3).,.e(A:)...，直到开合模定位误差 收敛到所期望的范围之内；
步骤e:结束学习过程。根据本发明的实施例，利用所述开合模动作重复循环特性来学 习开合模动作停止提前位置量。根据本发明的实施例，第k次学习提前量W(A)的学习律形式为.-"(A +1) = + ;^e(A:)，其中，k是迭代次数；e("为第A次开合模停止位置误差；2(力为一 低通滤波器，用于增强学习算法的鲁棒性；A为可变学习增益。根据本发明的实施例，滤波器g(z)需选择为一因果低通滤波器， 滤波器设计为^(2) = (1-"， y是遗忘因子，其本质是沿迭代轴的一 阶低通滤波器，遗忘因子^用于提高学习算法的鲁棒性。根据本发明的实施例，可变学习增益;V满足式I1-&^ 1<1,用 于提高学习算法收敛速度，变学习增益/V满足0.15 +河(^^) l柳" A= & 以及I1-A乂I〈1，0 l柳"其中&为对应注塑机机型在典型开模参数设定下的开模停止误差 期望值；5为误差容限；gu=3g/a/， g(0为开合模停止位置M;(A:)与 提前量"(之间的传递函数，fq/'(.)为限幅器。根据本发明的实施例，所述变学习增益A与对应注塑机机型或 各机型最大合模力在典型开模参数设定下的开模停止超出误差平期 望值A有关。根据本发明的实施例，所述的误差平期望值^通过建立一个査 找表，并应用插值方式计算，确定各种不同机型的A值，用于学习 增益《的计算。根据本发明的实施例，通过设定限幅器/^q/(0以及误差容限^来 控制学习增益，用于提高迭代学习算法的鲁棒性，限幅器用于限制 学习增益的最大值，保证|1-/ .^|<1条件满足，并且有一定的冗余， 用以保证学习算法稳定。根据本发明的实施例，当开合模机构定位误差达到误差容限^ 之后，学习增益为0，即停止迭代学习，当开合模机构定位误差超 过误差容限5，又开始迭代学习。本发明的积极效果，在注塑机动作开环分级控制方式下，开合 模机构定位误差主要是由液压控制系统感知动模到达设定停止位置 到执行输出的减速过程以及响应时滞造成。为达到精确定位控制的 目的，在动作液压缸快到停止位置前一定距离时就应该减速并关断 方向阀，在时滞的时间内，由动樓本身惯性运动来补偿这个距离。 根据注塑机开合模动作往复动作特性， 一旦开合模机构定位精度达 到要求，则这个提前量是确定的，因此可用迭代学习方法对这个提 前量进行学习估计。开合模动作停止位置提前量的学习律的学习过程中的迭代学习 律对具有重复周期性运动的非线性被控对象可以进行有效的控制， 并且控制算法的设计不依赖于动态系统精确的数学模型，仅需较少 的先验知识即可，可以说迭代学习控制是一种基本无模型控制方法。 本发明通过迭代学习方法学习开合模动作停止位置的提前量，在到 达开合模停止位置前一定位置开始动作停止，从而达到较高的开合 模定位精度。控制算法设计需要先验知识少，算法简单，计算量小， 适应性强，并且在不改变现有开合模各级动作控制方法的前提下， 能方便的嵌入到现有控制算法中去。本发明通过一种P型迭代学习方法学习开合模停止位置提前 量，本次开合模停止位置提前量跟前一次开合模停止位置提前量、 前一次开合模停止位置偏差以及学习增益有关。经过大量实验，通过分析不同学习增益下开合模定位误差的收 敛速度，本发明提出了一种P型学习律的选取方法，在此基础上提 出一种基于可变学习增益的改进P型迭代学习控制方法，从而加快 开合模定位误差收敛速度。为补偿实际系统中存在的干扰，初始误差以及测量噪声，本发 明通过加入一滤波器对本次动作控制量进行滤波处理，也达到增强 学习控制算法鲁棒性的目的。为增强算法的鲁棒性，本发明还采用定位误差容限的方法来控
制学习律。通过阅读以下详细说明并参考相关附图，就能明白表征本发明 的原理及其特点。


图1是现有技术肘杆式开合模机构电液控制系统原理2是现有技术注塑机开模分级动作示意3是现有技术的开模动作控制框4是现有技术的开模分级动作的压力流量变化5是本发明一示例实施例的开模动作控制框6是本发明一示例实施例的开模分级动作压力流量变化7是本发明一示例实施例的开模停止提前量学习过程图8是本发明不同迭代学习增益p下的开模机构定位误差变化过程具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问 题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而 对其不起任何限定作用。本发明提出的用于提高开合模机构定位精度的方法，不受开合 模机构类型的限制。目前市场中常用的是肘杆式开合模机构，而肘 杆式开合模机构由于其机械特性，合模定位精度较高，并且开模和 合模动作流程类似，因此以下以注塑机肘杆式开合模机构的开模动作为实施例，对本发明进行阐述注塑机的开合模机构种类较多，按工作原理分，主要有液压式 (直压式)和肘杆式(机械式)两大类型。它们都是由模板、拉杆、 合模机构以及其他附属装置组成。肘杆式开合模机构实质是一机械 式增力机构，靠这一机构的自锁作用可用于建立模具所需要的合模 力。由于肘杆式开合模机构在建立合模力后，即不再需要液压力的 作用，液压系统可用于控制其他的执行机构，并且具有开合模动作
速度快，能耗低，液压系统简单，成本低等优点，因此在目前注塑 机市场中获得了广泛应用。图1是注塑机肘杆式开合模机构的电液控制系统原理图，开合 模机构还包括合模油缸101、调模螺母102、后模板103、采用的是五孔斜排双曲肘开合模机构104、动模板105、导柱106、定模板107、 电子尺108、实时控制器109定量泵110、四通阀111、流量阀112、 压力先导级113和流量控制阔114等部件。液压控制系统油源采用 定量泵110供给，流量、压力采用复合电磁比例压力流量控制阀114 进行连续控制，动作方向控制采用电磁换向三位四通阀111进行控 制。电磁比例压力流量控制阀114是在定压差溢流型三通比例流量 阀112的基础上，增加比例压力先导级113组合而成。这类复合阀 既可对输出流量进行比例控制，又可对系统压力实现比例调节。比 例控制阀可以方便迅速、精确的实现注塑机动作工作循环动作控制， 并能通过控制动作切换之间的加减速过渡过程，避免尖峰压力，延 长机械和液压元件的寿命，同时比例控制阀对油液洁净程度要求不 高，因此在注塑机液压控制系统中得到广泛应用。注塑机开合模各级动作由实时控制器109进行控制，控制器通 过电磁换向阀111控制动作方向，然后控制比例阀114按设定值输 出对应动作的压力和流量，并根据采样电子尺108获得动模板105 的实时位置(电子尺测量精度为O.lmm，采样频率为2kHz)和用户 设定的动作位置进行动作切换。图2为注塑机开模分级动作示意图。图中107代表定模，105 代表动模。目前，采用电液比例技术的注塑机控制器均采用动作分 级控制的开环控制方式实现注塑机动作流程，整个开模动作一般可 分为四级动作开模一慢203，开模一块202，开模二块201，开模 二慢200。开模动作中，开模一慢的作用是将锁紧的模具拉开，为 了避免拉坏产品，所以压力要高，流量要低，而动作行程较短，以 能将模具拉开为宜。开模一快的行程要长，使得在开模的绝大部分 行程里压力流量无变化，最后由开模二快和开模二慢共同构成一条
平滑的停止曲线，完成开模动作。开模动作理想的变速过程是运动 速度按慢—快—慢变化，这样可以使注塑机平稳运行，减少机械震 动。各级动作合理的参数设置方法，就是要使压力、流量的变化曲 线近似一条平缓的曲线，用户按上述规律，可通过不断调整并设置 各级动作压力流量以及动作切换位置，达到开模动作平滑、迅速的 目的。开模动作的完成，首先需用户在注塑机控制器上位机设置的各 级动作的压力和流量以及各级动作切换位置(A、 B、 C、 D)，表1为在海达HD120型注塑机设置的一套典型开模动作参数示例。 表l用户设定的开模各级动作压力流量和位置动作开模二慢开模二块开模一块开模一慢压力(bar)30456050流量(％)30405050动作停止位置mm260.022015050图3为现有技术的开模动作控制框图。开模动作开始前，控制 器打开电磁换向阀111连通开模油路，然后根据用户设定的各级动 作切换位置210与通过线性位移传感器108测得的动模实际位置214 送入比较器211进行比较，判断执行那个分级动作，并输出对应的 压力和流量212，开合模机构213执行相应动作。动模到达开模二 慢200动作停止位置A后，即停止关闭压力流量输出，然后再关闭 电磁换向阀lll，从而完成整个开模动作。图4为对应开模各级动作的压力流量变化曲线图。按动作分级 控制的方法，各级动作切换时，不免存在压力和流量突变的情况。 若直接切换，将会导致动作冲击，影响开模动作的平稳性，因此在 动作压力和流量突变时，需按一定比例进行变化。压力和流量上升过程分别称为压力斜升204和流量斜升205，下降过程分别称为压 力斜降206和流量斜降207。斜升、斜降参数规定了当压力流量从 当前输出值向新的输出值变化时，单位时间内DAC输出值变化的大 小，它直接决定了机械部件动作的平滑性。开模各级动作的斜升和 斜降变化速度的参数也是通过用户在控制器中预先设置。由图4可知，在开合模动作停止时，由于到达停止位置后还存 在一个压力和流量的减速过程(206、 207指示阴影部分)，并且液 压系统的响应时滞，从而使开模会因惯性的作用使动模板实际停止 位置超出其设定的位置， 一般开模位置误差范围是几个毫米 几十毫 米。目.前，在注塑机动作采用电磁方向阀+比例阀实现动作控制方式 下，由于电磁换向以及比例阀本身响应的存在较大滞后，加之开合 模机构刚度大、响应频率低，并且开合模动作是单方向的，因此采 用闭环位置控制方法不可行。为满足塑料产品规模化、自动化生产 逐渐发展需要，目前对开模定位精度的解决方法主要是采用加装开 模机械限位装置来限制开模停止位置，来到达定位精度要求。采用 加机械定位装置的方法来保证开合模定位精度，由于开合模动作到 达设定停止位置时，油路中压力和流量可能仍未完全卸去，将导致 机械冲击现象，开模动作不平稳并会加速机械磨损。图5为嵌入学习律学习开模动作停止的提前量215的开模动作 控制框图。本发明采用迭代学习律216的方法来确定开模动作停止 的提前量215，并将此提前量215嵌入到开环分级开模动作控制中 去，当实际动模位置214到达设定开模停止位置210减去开模停止 提前量215的位置时，即关闭压力和流量输出，从而达到提高开模 定位精度的目的。图6为采用迭代学习方法来提高开模定位精度的开模动作压力 流量变化图。A位置为设定开模停止位置。加入迭代学习算法后， 在开模动作进入开模二慢200动作后，在到达开模停止位置A提前 一定距离208即开始降低动作压力和流量。迭代学习算法在重复的 开模动作中反复学习此提前量208，使得最终开模停止位置渐进趋 于设定的开模停止位置。
图7为开模停止提前量"的学习过程，图中表示了第1次221、第2次222直到第k次223迭代学习的过程，学习律216的具体步 骤如下步骤a:给定设定的停止位置220，记为Wr选取第一次学习 过程的提前量225，记为w(l)， 一般第一次开合模动作提前量"(l)设 置为0;步骤b:在开合模定位控制中加入提前量W(1)输入；同时根据 线性位移传感器采样获得动模实际停止位置w,，开模动作完成后计 算输出停止位置误差e(l);步骤C:利用迭代学习律学习第2次学习过程的提前量"(2);步骤d:重复步骤b、步骤c相同的过程，依次可得到w(3)、w(4)... M("、 1^ + l)…和相应的e(2)、 e(3)…e("...，直到开合模定位误差 收敛到所期望的范围之内；步骤e:结束学习过程。学习律216利用第k次223开模动作的提前量226，记为"("， 和本次开模停止位置误差224，记为e(&)，通过一定的学习律得到下 一次开模动作停止提前量227，记为w(A: + l)。通过反复迭代，使得 开模停止位置误差逐渐减小，直到满足定位精度要求。本发明中学习律216采用的是p型迭代学习律，它是仅保留了 比例误差增益系数的迭代学习控制算法，也是最常用的学习律，用 于学习开模停止的提前量"的学习律形式为<formula>formula see original document page 14</formula>式中，w(A: + l)是第A: + l次迭代的开模停止提前量；w("为 第A次的提前量；p为学习增益；e(&)为第A次开模停止位置误差，= Wrf， ^为第A次开模实际停止位置，v^为设定开模停止 位置。假设注塑机开模动作为一理想的往复动作过程，则在理论上， 在注塑机开模动作设定参数以及系统不变的情况下，重复执行开模 动作将会导致相同的系统响应。考察式(l)这一简单的控制算法，建 立了本次开模动作与前次开模动作间的联系。可以直观设想当前
次的开模动作停止提前量"("已充分逼近所需之值，则W(A)作为下 次开模停止提前量"(A: + 1)的一个组成部分已能胜任。若本次误差信 号若不可忽略，则/^(W将扮演误差修正的角色，修正后的开模停止 提前量即为式(l)。从学习的角度来看，迭代学习将过去的控制经验 "(A)作为控制先验知识，加上此次控制仍存在误差决定的修正量， 此过程即类似人类通过不断重复与修正某一动作，掌握正确做法的 学习过程。设开模停止位置W与开模停止位置W提前量存在如下函数关系 = ，并且满足0<a^g,fl2<oo g"=3g/aw. (2) 若式(l)的p型迭代学习律满足|l-P.gJ<l， (3)则开模定位误差^将随迭代次数增加而衰减。由式(2)，式(3)可知需 要知道&的上下界",，a，就能通过选取合适的学习增益p，使得 迭代学习算法收敛，开模定位位置逐步逼近设定值。学习增益p的确定。由于开模机构是个开环输入输出稳定 (BIBO)的非线性系统，因此存在",、"2，使得开模停止位置w与 开模停止位置"提前量之间的函数关系&满足条件(2)。但由于实际 开模机构响应特性是非线性的，因此难以确定g"的上下界。实际应 用中，为保证式(3)成立，可通过实验，采用试凑的方法来选择学习增益/7的合适范围。图8为采用不同学习增益情况下开模机构定位误差的变化过 程，实验机型为海达HD120型注塑机。根据图8中开模定位误差的 收敛过程可看出，对于迭代学习算法(l)，学习增益^越小，则学习 误差收敛速度越慢，学习次数越多。增大学习增益/7，可以减小误 差并加快响应速度，但受收敛条件(3)的限制，学习增益p的选取不 能任意增大。图8中，若; 过大(P = 1.4)，开模定位误差波动较 大，反而不容易收敛到理想值。若； 继续增大，将导致式(3)不满足， 学习过程中开模定位误差发散。为了加快学习算法响应速度，同时保证定位误差渐进收敛，可
通过变学习增益p的方法来加快迭代学习算法收敛速度。总结实验 数据规律，若开模停止提前量"("远离理想控制范围时，采用大的 学习增益p，可以使其较快的接近理想控制值，当开模停止提前量 "("接近理想控制范围时，采用较小的学习增益p，可以使其较稳 定的趋近理想控制值。综合以上分析，提出一种变学习增益的p型 迭代学习算法，学习增益p变化规律如下式中，A,为对应不同注塑机机型，在典型开模参数设定下，开模停 止超出误差期望值。注塑机开模机构的大小，与所需的最大合模力 成正比。注塑机型号一般表示为品牌+合模力，如海达HD120，表示最大合模力为1200KN，三顺SHE500，表示合模力最大为5000KN。 不同注塑机型的开合模机构等效负载不相同，所需的油路最大压力 和流量也不相同，因此其开合模定位误差不同。在目前开模动作开 环分级控制方式下，经实验测定，发现开模停止位置超出误差与注 塑机机型最大合模力成近似反比的非线性关系。对合模力小的注塑 机型，开合模机构刚度小，导致开模停止位置误差反而较大，随着 合模力的增大，注塑机的开合模机构的刚度逐渐变大，对应开模停 止位置超出误差越小。式(4)中的五^可通过建立一个按注塑机合模力大小排序的顺序 查找表来査询对应值。査找表中记录各种不同注塑机型典型参数下 的开模停止定位误差，其数据可通过对各种注塑机型进行实验确定。 对于查找表未登记合模力的注塑机型，可通过插值方法获得对应的 ^值。在迭代学习算法中应用可变学习增益A，需要最终用户在控 制器使用之前，预先输入控制器配套注塑机对应最大合模力。实际系统中，由于干扰以及噪声信号的存在，使得式(l)的迭代 学习算法在理论上不再具有完全收敛的性质，而只能收敛到某个误 差容限之内。同时学习过程中由于某些干扰噪声信号的累积，可能 出现误差信号在迭代学习初期先下降，然后随迭代学习次数增加又 上升的现象，因此为保证迭代学习算法的性能并提高鲁棒性，可以
通过设置一个误差容限5，当开模定位误差小于此范围5，即停止迭 代学习。另外，根据学习算法稳定性条件(3)可知学习增益不可能太 大，因此在式(4)中，需加入限幅器(记为，以限制学习增 益的大小。加入误差容限以及限幅器后的学习增益为、 (5)o l柳"式中，限幅器p^/o的限定输出幅值为i.i。误差容限^的选择。考虑系统可能存在的随机干扰信号，选择误差容限为定位精度的2/3为宜。经过反复实验，采用式(5)变学习 增益的方法，开模最终定位精度可达到土0.6mm之内，可取误差容限 5 = 0.4mm。实际实验表明，采用式(5)变学习增益方法，平均迭代次 数3 4次，开模定位精度即可达到设定的误差容限，在满足开模定 位精度的前提下，误差收敛速度相对固定学习增益的迭代学习算法 大有提高。采用误差容限5的方法，仍不能完全消除初始状态误差、系统 干扰以及测量噪声等问题的影响，它们不但会影响学习算法的性能， 甚至导致学习算法不稳定。对此类干扰和噪声，可通过在学习算法 中加一滤波器来进行抑制，从而增强学习算法的鲁棒性。加入滤波器后的学习算法公式修改为+1) = +/ e(A)， 举)=gO)w(A:)，式中，g(z)为一因果滤波器，对前n次提前控制量进行滤波后再代 入学习算法公式估计本次控制提前量。由于干扰和误差信号一般具 有高频以及零均值的特性，而控制信号一般位于低频段，因此一般 g(z)设计为一个低通滤波器，保留低频段，衰减高频段。由于g(z)的 加入，增强了学习算法的抗干扰能力，但式(6)的学习算法理论上将 无法完全收敛到理想值，学习误差将只能收敛到一定的误差范围之 内。实际应用中，对开模停止定位精度，我们也只是要求在一定误
差范围内即可满足实际应用要求，为了增强学习算法的鲁棒性而牺 牲部分性能是值得的。滤波器^力本质上是一个移动平均加权滤波器，对原始控制量进行平滑滤波，消除其中的高频成分。g(z) —般选择为具有线性相 位的FIR因果低通滤波器，常规设计方法为先根据滤波器性能指标设计一个IIR低通滤波器，然后通过时域加窗的方法得到FIR低通滤波器的系数。为简单起见，本发明采用加入遗忘因子y的方法来增强迭代学 习算法的鲁棒性。遗忘因子的加入，可将不稳定频率信号加以衰减 忘却，其本质上是沿迭代轴上的一阶低通滤波器。由于遗忘因子的 作用，学习过程中将有用的学习信号也一并忘却，从而导致学习算 法在理论上将无法完全收敛到理想值。前面我们已经指出，控制算 法的鲁棒性和性能往往不能兼得，它们之间需综合考虑，经过验证，选用遗忘因子^ = 0.15能达到较好效果。结合可变学习增益A以及遗忘因子y，最终，在开模定位过程中采用的迭代学习算法公式统一如下实际应用表明，本发明提出的迭代学习算法可大幅提高注塑机 开合模定位精度。在基于开环控制的电液比例注塑机控制系统中，嵌入本发明提出的学习算法， 一般经过3至4次迭代学习后，即可 达到土0.6mm的开合模机构定位精度，定位精度完全能达到实际使用 的需要，并且鲁棒性强。开合模机构在正常工作状态下由于定位精 度的提高可避免机械冲击，保证开合模动作平稳，并满足相关注塑 加工工艺要求。但是，学习控制算法无法避免因电气失效等原因引 起的定位故障，比如由于电子尺老化导致测量位置漂移或测量位置+1) = + _pte(A:〉 G(A:) = (1-,)"(A:)， .4
存在跳变的现象，引起动模板的显示位置和实际位置不同，从而导 致控制算法的失效，因此采用迭代学习算法控制开合模定位精度， 需同时配合机械定位装置进行硬件保护，增加开合模定位机构工作 的可靠性。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围 内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内， 因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1、一种提高开合模机构定位精度的学习方法，其特征在于，通过迭代学习律学习开合模动作停止的位置提前量，用于补偿开合模动作停止时，因压力流量减速过程、液压控制系统的响应时滞以及在开合模机构的惯性作用而造成的动模板停止位置误差值。
2、 如权利要求1所述的学习提前量的方法，其特征在于，所述 学习律包括如下步骤步骤a:给定设定的停止位置V^，选取第一次学习过程的提 前量w(l);步骤b:在开合模定位控制中加入提前量w(l)输入；同时根据 线性位移传感器采样获得动模实际停止位置w,，开模动作完成后计 算输出停止位置误差e(l);步骤C:利用迭代学习律学习第2次学习过程的提前量W(2);步骤d:重复步骤b、步骤c相同的过程，依次可得到"(3)、"(4)... M("、 1^ + l)…和相应的e(2)、 e(3)…e("…，直到开合模定位误差收敛到所期望的范围之内； 步骤e:结束学习过程。
3、 如权利要求1所述的学习方法，其特征在于，利用所述开合 模动作重复循环特性来学习开合模动作停止提前位置量。
4、 如权利要求2所述的学习方法，其特征在于，第k次学习提前量"(A)的学习律形式为<formula>formula see original document page 2</formula>其中，k是迭代次数；e("为第A:次开合模停止位置误差；g(z)为一低通滤波器，用于增强学习算法的鲁棒性；^为可变学习增益。
5、 如权利要求4所述的学习方法，其特征在于，滤波器2(z)需 选择为一因果低通滤波器，滤波器设计为g(z)-(1-"， ^是遗忘因 子，其本质是沿迭代轴的一阶低通滤波器，遗忘因子/用于提高学 习算法的鲁棒性。
6、 如权利要求4所述的学习方法，其特征在于，可变学习增益 A满足式l1-A，gJ〈l,用于提高学习算法收敛速度，变学习增益A 满足<formula>formula see original document page 3</formula>其中F为对应注塑机机型在典型开模参数设定下的开模停止误差期望值；^为误差容限；g(O为开合模停止位置w("与 提前量之间的传递函数，^q/'0为限幅器。
7、 如权利要求6所述的学习方法，其特征在于，所述变学习增 益A与对应注塑机机型或各机型最大合模力在典型开模参数设定下 的开模停止超出误差平期望值A有关。
8、 如权利要求7所述的学习方法，其特征在于，所述的误差平 期望值A通过建立一个查找表，并应用插值方式计算，确定各种不 同机型的A值，用于学习增益《的计算。
9、 如权利要求6所述的学习方法，其特征在于，通过设定限 幅器^07'(0以及误差容限5来控制学习增益，用于提高迭代学习算法 的鲁棒性，限幅器用于限制学习增益的最大值，保证ll-;^g"hcl条 件满足，并且有一定的冗余，用以保证学习算法稳定。
10、 如权利要求6所述的学习方法，其特征在于，当开合模机 构定位误差达到误差容限5之后，学习增益为0，即停止迭代学习， 当开合模机构定位误差超过误差容限^，又开始迭代学习。
全文摘要
一种提高注塑机开合模机构定位精度的学习方法，通过迭代学习律学习开合模动作停止的位置提前量，用于补偿开合模动作停止时，因压力流量减速过程、液压控制系统的响应时滞以及在开合模机构的惯性作用而造成的动模板停止位置误差值。利用学习律确定开合模停止位置的提前量，减小开合模停止误差，提高开合模机构的定位精度。提出可变学习增益p_k的方法来加快算法收敛速度；应用遗忘因子γ的方法和学习律误差容限δ控制的方法来提高学习算法的鲁棒性。本发明在保证开合模动作平稳性的前提下，开合模机构在正常工作状态下能达到较高的定位精度，满足相关注塑加工工艺要求。
文档编号G05B13/04GK101398672SQ20071012247
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月26日 优先权日2007年9月26日
发明者宋英华, 波 徐, 雁 杨, 王云宽 申请人:中国科学院自动化研究所