一种针对注塑过程区间时滞的2d控制器设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法，包括：A、根据注塑过程参数变量的控制要求构建状态空间模型；B、根据注塑过程的重复运行特性，采用2D-FM模型的设计方法将构建的状态空间模型转换为2D误差增广模型；C、根据2D误差增广模型设计出满足控制律r（t，k）的控制器；D、采用线性矩阵不等式的形式对控制器的增益K进行求解。本发明针对注塑过程中存在的时滞现象，基于二维系统理论构建状态空间模型，并采用2D-FM模型来设计控制器，使得系统在注塑过程能够快速稳定，快速进行跟踪，即使受时滞影响，系统仍能保持较好的控制性能。本发明可广泛应用于注塑【技术领域】。
【专利说明】一种针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及注塑【技术领域】，尤其是一种针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法。
【背景技术】
[0002]注塑成型过程是一个复杂的工业制造过程，注塑产品的质量取决于材料参数、机器参数、过程参数以及这些参数的交互作用。注塑产品的质量包括了很多方面，例如外观质量、尺寸精确度和机械(光学、电)性能等等。这些质量指标是由加工过程中使用的材料、模具以及过程参数的控制精度所共同决定的。同时，注塑过程中不同环节都存在着各种干扰因素。
[0003]注塑过程是一个典型的间歇生产过程，具有多阶段重复式的运行模式，在每一个生产阶段一般都需要关键过程变量(如注射阶段的注射速度，保压阶段中的保压压力，塑化阶段中的熔体温度等)按照生产工艺要求的设定值进行变化，而不是连续过程中的稳态控制。为了保证产品质量，在生产每批次产品的各个加工阶段，都需要对关键过程变量实现高精度控制，一般不允许有超调、振荡和过大的设定值偏离，否则很可能会影响下一阶段的生产，严重时甚至会造成一个批次的产品报废。
[0004]传统注塑过程的控制器设计大多数基于反馈控制技术(如PID控制技术)，但是，采用反馈控制技术设计的控制器存在如下问题:
[0005](I)无法获得既适用于控制器设计又能保证其控制性能的过程模型。传统的反馈控制技术大多依赖于过程的线性模型(虽然现实中的连续过程和间歇过程都可能具有很强的非线性特性，但连续过程一般运行于稳态工作点附近，因此可以采用工作点附近简化/近似的线性模型来指导控制器设计)，模型精度在很大程度上决定了控制性能。但是，注塑过程是以间歇模式来生产产品，各阶段的运行状态经常需要大范围进行调整，因此既适用于传统控制器设计又能保证控制性能要求的简化/近似模型难以获得。
[0006](2)间歇过程的抗干扰能力一般较差，这主要是因为间歇式生产设备的容量一般较小，外部干扰、生产阶段的切换以及过程特性的变化都可能对系统的控制性能产生影响。
[0007](3)控制性能难以保证且不能提高。一般而言，对于特性复杂、调整频繁且调整幅度大的工业过程，采用传统的反馈控制很难保证控制性能。此外传统反馈控制只是根据过程的实时反馈信息对控制作用进行调整，即使间歇过程的动态特性和期望的设定轨迹在所有批次内都是完全一致的，在不同的生产批次，实时反馈控制也只能提供相同的控制性能，无法进一步提闻。
[0008]为了解决上述问题，有人针对系统不存在时滞的情况，设计了一种确保注塑过程各阶段关键过程变量，如注射段的注射速度，保压段中的保压压力等变量稳定和准确的控制器，以保证生产产品的产品质量。在具体实现时，其采用了一种二维时间系统的状态空间模型，并根据注塑过程的重复特性来设计控制器，对注塑过程的某些关键过程变量进行闭环控制。[0009]但是，时滞现象在注塑过程中不可避免，它的存在可能会影响系统的稳定性和系统的性能，导致产品中的次品率变高。当系统存在时滞时，若还采用针对无时滞情况设计的控制器进行控制，则会导致系统的控制性能(如跟踪性能)及系统的稳定性变差。
[0010]因此，业界亟需设计一种新的控制器，使系统在注塑过程中即使受时滞影响仍能保持稳定，且其具有较好的控制性能。
【发明内容】
[0011]为了解决上述技术问题，本发明的目的是:提供一种稳定性高、控制性能良好的，针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法。
[0012]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法，包括:
[0013]A、根据注塑过程参数变量的控制要求构建状态空间模型，所述状态空间模型如下:
【权利要求】
1.一种针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法，其特征在于:包括: A、根据注塑过程参数变量的控制要求构建状态空间模型，所述状态空间模型如下:
2.根据权利要求1所述的一种针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法，其特征在于:所述步骤B，其包括: B1、根据注塑过程的重复特性，设计迭代学习控制律，所述迭代学习控制律如下:
Σ iicu(t? k)=u(t, k-l)+r(t, k) (u(t,0)=0, t=0,1,2,..., T), 其中，u(t，k)、u(t，k-l)分别是第k、(k-1)批次当前时间的控制输入，r(t，k)是迭代学习更新律；B2、根据构建的状态空间模型、设计的迭代学习控制律、预定义的当前批次输出误差以及预定义的批次方向误差，采用2D-FM模型的设计方法得出2D误差增广模型。
3.根据权利要求2所述的一种针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法，其特征在于:所述预定义的当前批次输出误差为$&，10=7&，10-￥(1(0，其中7(1(0为给定的输出；所述预定义的批次方向误差为:ΧΔ (t, k) =X (t, k) -X (t, k-ι)。
4.根据权利要求1所述的一种针对注塑过程区间时滞的2D控制器设计方法，其特征在于:所述步骤C，其具体为: 根据给定的稳定判据条件采用线性矩阵不等式的形式对控制器的增益K进行求解，所述给定的稳定判据条件如下:
【文档编号】G05B13/04GK103713521SQ201310754212
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王立敏, 高福荣, 姚科, 莫胜勇 申请人:广州市香港科大霍英东研究院