批次注塑过程的受限滚动时域混杂跟踪控制方法技术

本发明专利技术属于工业过程的先进控制领域，涉及一种批次注塑过程的受限滚动时域混杂跟踪控制方法。该方法首先通过采集输入输出数据建立不同阶段输入输出模型，再选取合适的状态变量建立多阶段状态空间模型，进一步将状态空间模型转换为包含状态变量和输出跟踪误差的扩展状态空间模型，并用切换系统模型表示，然后针对不同阶段选取包含终端状态的性能指标，结合Riccati方程和边界条件求得最优的混杂控制律。此控制律通过增加可调节的加权系数，调节更为灵活，并保证系统获得了更好的控制性能。最后针对不同阶段，设计依赖于Lyapunov函数的驻留时间方法，此方法得出的结果不需引用任何其它变量，简单易行且能使系统运行时间缩短，即提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】
批次注塑过程的受限滚动时域混杂跟踪控制方法
本专利技术属于工业过程的先进控制领域，涉及一种批次注塑过程的受限滚动时域混杂跟踪控制方法。
技术介绍
注塑成型过程广泛应用在塑料加工等相关领域，虽然对于注塑成型过程已有部分研究，但在现代塑料加工的高精控制方面仍然是一个挑战。主要原因在于其复杂的动态特性，以及多变的工艺条件。注塑成型过程是典型的多阶段间歇过程，每一批次主要包括注射和保压两个阶段，在注射段和保压段需要控制的变量分别是注射速度和保压压力，两个不同阶段控制的变量不同，控制目标不同，何时从一个阶段切换至另一阶段，且每一阶段运行时间的长短，直接影响生产效率和产品质量。显然，针对这样的生产过程设计高精控制器及相邻阶段的切换条件以及每一阶段的运行时间，将至关重要。目前针对单一阶段的高精控制已经成熟，但单一过程不涉及切换条件，也不会涉及运行时间。针对多阶段尽管也有一定的研究成果，但是在整个过程中控制器增益不能调节。而在实际工业控制中，由于实际工况存在漂移、过程非线性及系统外部干扰等因素，控制系统在运行一段时间后其控制性能可能下降。如果不及时修复控制器以改善控制品质，将降低控制系统所获得的经济效益。因此，为寻求批次注塑过程不同阶段合适的切换条件、运行时间，为解决控制中模型失配和干扰等问题，提出一种更加有效的控制办法极为必要。
技术实现思路
本专利技术目的一是寻求批次注塑过程不同阶段合适的切换条件、运行时间；二是为改善批次过程中控制方法的跟踪性能和抗干扰性，提出批次注塑过程的受限滚动时域跟踪控制方法。该方法首先通过采集输入输出数据建立不同阶段输入输出模型，再选取合适的状态变量建立多阶段状态空间模型，进一步将状态空间模型转换为包含状态变量和输出跟踪误差的扩展状态空间模型，并用切换系统模型表示，然后针对不同阶段选取包含终端状态的性能指标，结合Riccati方程和边界条件求得最优的混杂控制律。此控制律通过增加可调节的加权系数，调节更为灵活，并保证系统获得了更好的控制性能。最后针对不同阶段，设计依赖于Lyapunov函数的驻留时间方法，此方法得出的结果不需引用任何其它变量，简单易行且能使系统运行时间缩短，即提高了生产效率。批次注塑过程的受限滚动时域混杂跟踪控制方法，该方法的具体步骤是：步骤1、针对批次过程中不同阶段，建立被控对象的以状态空间模型为基础的切换系统模型，具体是：步骤1、针对批次注塑过程中不同阶段，建立被控对象的以状态空间模型为基础的切换系统模型，具体是：1.1首先采集批次注塑过程的输入输出数据，利用该数据建立批次过程相应阶段模型，形式如下：Ai(z-1)yi(z)＝Bi(z-1)ui(z)其中，yi(z)，ui(z)分别是第i个阶段的输出和输入的z变换，ai,bi分别是多项式Ai(z-1)，Bi(z-1)中的相应系数，m，n分别是Ai(z-1)，Bi(z-1)的最大阶次；1.2将步骤1.1中的模型进一步处理，引进Δ差分算子，yi(k)∈R,ui(k)∈R分别为k时刻批次过程第i个阶段的输出和输入变量；得到误差模型：并选取非最小状态空间变量Δx0i(k)T，形式如下：Δx0i(k)T＝[Δyi(k)T,Δyi(k-1)T,…,Δyi(k-n+1)T,Δui(k-1)T,Δui(k-2)T,…,Δui(k-m+1)T]其中，Δx0i(k)的维数为(m-1)×p+n×q,p为输入变量的维数，q为输出变量的维数；由上得到一个新的第i个阶段状态空间模型：其中，其中，是一个p维的单位矩阵，是一个q维的单位矩阵；1.3为了有较好的跟踪性能，针对阶段i，定义输出跟踪误差ei(k)＝yi(k)-ri(k)，结合步骤1.2，求得跟踪误差形式如下：其中，ri(k)为k时刻、i阶段的期望输出；1.4针对第i阶段，再次选取新的状态变量，进一步扩展模型得到新的扩展状态空间模型，使其包含状态变量和输出跟踪误差，其形式如下：zi(k+1)＝Aizi(k)+BiΔui(k)其中，矩阵Ai中的0表示零矩阵；1.5将上述系统再现为切换系统模型为：z(k+1)＝Aσ(k)z(k)+Bσ(k)Δu(k).其中，σ(k):Z+→N:＝{1,2,…,N}表示的是切换信号，它可能与时间或系统状态相关，N是子系统的阶段数，切换序列定义为S:＝{T0,T1,T2,...,Tt,...}；所有连续间断的时间间隔满足Tt+1-Tt≥τi,t＝0,1,2,...,，Tt代表第t个切换时刻，T0是初始时间，τi为不同阶段的驻留时间并且它的取值依赖于李雅普诺夫函数，Aσ(k),Bσ(k)对于不同阶段上式模型1.4表示；步骤2、设计批次注塑过程不同阶段控制器及切换信号σ(k)以获得不同阶段切换条件和运行时间，具体是：2.1考虑含自由终端状态的非最小实现扩展状态空间模型，选取相应的性能指标形式如下：其中，Qi，Ri，分别表示第i阶段状态变量、被控输入和终端状态的权矩阵，为滚动优化时域；分别为始端和终端时刻；2.2依据步骤2.1中的性能指标求取不同阶段控制器的最优控制律，形式如下：2.3将步骤2.2中得到的控制量作用于被控对象：ui(k)＝Δui(k)+ui(k-1)2.4在下一时刻，重复步骤2.1到2.3继续求解新的控制量，并依次循环；2.5针对不同阶段设计切换信号为σ(k)；2.5.1针对步骤1.5中的切换系统，设计不同阶段控制器为：Δui(k)＝-Kizi(k)其中，则对每一个阶段i，切换系统可变为：z(k+1)＝(Ai-BiKi)z(k)2.5.2对于第i个子系统，选择下面的李雅普诺夫函数：Vi(k)＝zT(k)Pi(k)z(k)其中，Pi(k)，i∈N,N:＝{1,2,…,N}是依赖于驻留时间τi的矩阵；则：若切换系统稳定，必有ΔVi(k)＜0，其等价于：结合步骤2.2，求解上述不等式，便可求出不同阶段的τi。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：针对注塑过程需控制的两个重要阶段注射段和保压段，设计其切换条件跟运行时间，实现其高效生产。针对其在模型失配和干扰存在情况下，设计通过增加可调解的加权系数的调节更为灵活的控制器，提高其控制品质，实现更好的控制性能。此方法优点是不需要其他参数的设定，直接得值，简单易行，这个显然优越于其他方法，如平均驻留时间方法，所谓平均驻留时间方法，是指系统在每一个阶段都有驻留时间的平均值。平均驻留时间方法常常假定其条件中的某一变量给定，这无疑会增大某一阶段的运行时间，从而延长整个生产过程的运行时间。可见，本专利技术的方法在确保系统稳定运行且具有最优控制性能的同时，在保证产品质量的情况下，提高了生产效率。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。批次注塑过程的受限滚动时域混杂跟踪控制方法，该方法的具体步骤是：步骤1、针对批次过程中不同阶段，建立被控对象的以状态空间模型为基础的切换系统模型，具体是：步骤1、针对批次注塑过程中不同阶段，建立被控对象的以状态空间模型为基础的切换系统模型，具体是：1.1首先采集批次注塑过程的输入输出数据，利用该数据建立批次过程相应阶段模型，形式如下：Ai(z-1)yi(z)＝Bi(z-1)ui(z)其中，yi(z)，ui(z)分别是第i个阶段的输出和输入的z变换，ai,bi分别是多项式Ai(z-1)，Bi(z本文档来自技高网...

【技术保护点】
批次注塑过程的受限滚动时域混杂跟踪控制方法，其特征在于：该方法的具体步骤是：步骤1、针对批次注塑过程中不同阶段，建立被控对象的以状态空间模型为基础的切换系统模型，具体是：1.1首先采集批次注塑过程的输入输出数据，利用该数据建立批次过程相应阶段模型，形式如下：A

【技术特征摘要】
1.批次注塑过程的受限滚动时域混杂跟踪控制方法，其特征在于：该方法的具体步骤是：步骤1、针对批次注塑过程中不同阶段，建立被控对象的以状态空间模型为基础的切换系统模型，具体是：1.1首先采集批次注塑过程的输入输出数据，利用该数据建立批次过程相应阶段模型，形式如下：Ai(z-1)yi(z)＝Bi(z-1)ui(z)其中，yi(z)，ui(z)分别是第i个阶段的输出和输入的z变换，ai,bi分别是多项式Ai(z-1)，Bi(z-1)中的相应系数，m，n分别是Ai(z-1)，Bi(z-1)的最大阶次；1.2将步骤1.1中的模型进一步处理，引进Δ差分算子，yi(k)∈R,ui(k)∈R分别为k时刻批次过程第i个阶段的输出和输入变量；得到误差模型：并选取非最小状态空间变量形式如下：Δx0i(k)T＝[Δyi(k)T,Δyi(k-1)T,…,Δyi(k-n+1)T,Δui(k-1)T,Δui(k-2)T,…,Δui(k-m+1)T]其中，Δx0i(k)的维数为(m-1)×p+n×q,p为输入变量的维数，q为输出变量的维数；由上得到一个新的第i个阶段状态空间模型：其中，其中，是一个p维的单位矩阵，是一个q维的单位矩阵；1.3为了有较好的跟踪性能，针对阶段i，定义输出跟踪误差ei(k)＝yi(k)-ri(k)，结合步骤1.2，求得跟踪误差形式如下：其中，ri(k)为k时刻、i阶段的期望输出；1.4针对第i阶段，再次选取新的状态变量，进一步扩展模型得到新的扩展状态空间模型，使其包含状态变量和输出跟踪误差，其形式如下：zi(k+1)＝Aizi(k)+BiΔui(k)其中，矩阵Ai中的0表示零矩阵；1.5将上述系统再现为切换系统模型为：z(k+1)＝Aσ(k)z(k)+Bσ(k)Δu(k).其中，σ(k):Z+→N:＝{1,2,…,N}表示的是切换信号，它可能与时间或系统状态相关，N是子系统的阶段数，切换序列定义为S:＝{T0,T1,T2,...,Tt,...}；所有连...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立敏，罗卫平，余维燕，王鹏，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：海南,46