交联电缆生产线控制方法技术

本发明专利技术属于交联电缆生产自动控制技术领域，尤其涉及一种交联电缆生产线控制方法。首先系统自检并获得目标交联电缆生产线挤出机和悬链管道温度控制的多个参数指标及参数指标的范围，然后改进PID控制器，在微分环节添加滤波器，滤除引入的高频干扰，再利用BP神经网络优化得到最优的PID参数，所述BP神经网络，除目标温度、实际温度、温度误差和外部偏置常量外，再添加滞后时间作为输入层，通过梯度下降法，得到输出层和隐藏层的权重更新和误差项，其次将PID控制器的输出与系统采样赋给卡尔曼滤波器进行状态预测，并形成负反馈，优化系统的控制性能，实现响应快、控制精度高、控制效果稳定、抗干扰能力强的交联电缆生产线挤出机和悬链管道的温度控制。悬链管道的温度控制。悬链管道的温度控制。

【技术实现步骤摘要】
交联电缆生产线控制方法


[0001]本专利技术属于交联电缆生产自动控制
，尤其涉及一种交联电缆生产线控制方法。

技术介绍

[0002]电缆在我国的制造工业领域扮演着至关重要的角色。作为国家电网的必备产品和信息传输系统的媒介，电缆也是许多大型设备的内部组成部分。在交联电缆生产线中，温度控制系统的作用十分关键。它确保了挤出机能够充分融化材料并将其挤出，并在悬链管路中进行交联。一旦温度控制出现问题，可能导致材料融化不够充分，使得线芯表面材料分布不均，线芯外露，从而导致产品质量问题。因此，交联电缆生产线的温度控制非常重要。
[0003]目前，现有的交联电缆生产线使用西门子官方提供的传统PID算法模块进行温度控制。虽然该方法能够实现控制效果，但精度有限。此外，生产线所处的外部环境存在多种干扰因素，导致控制效果不够稳定。另外，安装过程需要现场调试参数，耗时且繁琐，增加了安装所需的人力和物力成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对交联电缆生产线控制所存在的技术问题，提出一种设计合理、方法简单、理论性强且能够实现响应快、控制精度高、控制效果稳定、抗干扰能力强的一种交联电缆生产线控制方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种交联电缆生产线控制方法，包括以下步骤：
[0006]S1、系统自检并获得目标交联电缆生产线挤出机和悬链管道的多个参数指标及参数指标的范围；
[0007]S2、在以K
p
、K
p
/T
I
s、Kp/T
D
s为比例、积分、微分系数的PID控制器的微分环节添加低通滤波器，采样时间设置为T，则微分环节的输出可表示为：，
[0008]其中e(k)为采样时刻为k的输入温度偏差值，e(k
‑
1)为第(k
‑
1)次采样时刻的输入温度偏差值，改进后的PID控制器的输出可以表示为：，
[0009]S3、除目标温度、实际温度、温度误差和外部偏置常量外，再添加滞后时间作为BP神经网络结构的输入层，PID控制器参数的变化值为输出层，利用神经网络优化得到最优的PID参数；
[0010]S4、在PID控制器之后添加卡尔曼滤波器进行状态预测，其方程为：
，
[0011]其中，A为状态矩阵；B为控制矩阵；为k时刻状态的预测矩阵；为k
‑
1时刻状态估计矩阵；u
k
为k时刻的控制输出矩阵；
[0012]S5、获得多个优化指标参数，对交联电缆生产线挤出机和悬链管道温度进行控制。
[0013]作为优选，所述S3步骤中，BP神经网络结构的隐藏层的神经元的个数比输入层神经元个数多一个，输入层的神经元的个数为5个。
[0014]作为优选，所述S3步骤中，滞后时间由输入信号给定时刻到系统有明显响应时刻的差值来确定。
[0015]作为优选，所示S3步骤中，BP神经网络包括误差正向传播和误差反向传播两个阶段，所述误差反向传播阶段引入学习效率和惯性系数，通过梯度下降法，得到输出层和隐藏层的权重更新和误差项。
[0016]作为优选，所述S4步骤中，将PID控制器的输出与系统采样赋给卡尔曼滤波器，经由滤波器精确估计系统状态，并将其与设定值的差值作为PID控制器的输入形成负反馈。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0018]1、在PID算法的微分环节添加低通滤波器，进一步滤除了引入的高频干扰，减小了误差、提高了系统的鲁棒性。
[0019]2、将滞后时间作为BP神经网络的1个输入层，减少了误差累计所带来的影响。
[0020]3、引入卡尔曼滤波器，进行实时反馈控制，提高了系统的控制精度、响应速度和抗干扰能力。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为实施例提供的一种交联电缆生产线控制方法的结构示意图。
具体实施方式
[0023]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
[0025]实施例，如图1所示，本专利技术提供一种交联电缆生产线控制方法。
[0026]首先，进行系统自检并获得目标交联电缆生产线挤出机和悬链管道的多个参数指标及参数指标的范围。
[0027]其次，考虑到PID控制的比例环节成比例地反映控制系统地偏差信号；积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度；微分环节主要反映的是偏差信号的变化趋势，从而加
快系统的动作速度，减少调节时间。引入的微分调节会在系统的温度有变化时产生作用，当温度变化的速度越快时，输出信号就越强，因此能够加快调节速度，减少超调的发生，改善系统的动态性能。但是也带来了高频干扰，特别是误差扰动突变的时候会造成系统不稳定。考虑到低通滤波器能够滤除引入的高频干扰。
[0028]因此，在以K
p
、K
p
/T
I
s、Kp/T
D
s为比例、积分、微分系数的PID控制器的微分环节添加低通滤波器，采样时间设置为T，则微分环节的输出可表示为：，
[0029]其中e(k)为采样时刻为k的输入温度偏差值，e(k
‑
1)为第(k
‑
1)次采样时刻的输入温度偏差值，改进后的PID控制器的输出可以表示为：
[0030]，
[0031]然后，考虑到在实际的工程应用中，传统PID常用整定方法为临界比例法和根据经验调节的试凑法，严格来讲，临界比例法借鉴了Z
‑
N整定法（Ziegler
‑
Nichols整定法），大致整定过程为：1，将控制器的积分和微分功能关闭，只调节比例参数使得系统达到等幅振荡；2，使系统达到等幅振荡的比例参数记为临界系数，振荡周期称为临界振荡周期；3，确定上述数值后，查表计算可得到准确的三个PID参数。而在实际应用中，对Z
‑
N整定法计算得到的参数还要根据现场情况做进一步微调。试凑法是通过人为的经验来设定PID参数，使得系统响应达到预定要求，这种方式有可能在很快的时间内成功整定，也有可能在花费了大量时间和精力的情况下还是无法得到合适的参数。总的来讲，PID参数的调节没有固化的方法，实际采用的往往是经验与计算结合的中间方法，偏重经验，重实用性，所以为简化上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交联电缆生产线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、系统自检并获得目标交联电缆生产线挤出机和悬链管道的多个参数指标及参数指标的范围；S2、在以K
p
、K
p
/T
I
s、Kp/T
D
s为比例、积分、微分系数的PID控制器的微分环节添加低通滤波器，采样时间设置为T，则微分环节的输出可表示为：，其中e(k)为采样时刻为k的输入温度偏差值，e(k
‑
1)为第(k
‑
1)次采样时刻的输入温度偏差值，改进后的PID控制器的输出可以表示为：，S3、除目标温度、实际温度、温度误差和外部偏置常量外，再添加滞后时间作为BP神经网络结构的输入层，PID控制器参数的变化值为输出层，利用神经网络优化得到最优的PID参数；S4、在PID控制器之后添加卡尔曼滤波器进行状态预测，其方程为：，其中，A为状态矩阵；B为控制矩阵；为k时刻状态的预测矩阵；为k
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：马言国，王义军，苏培生，李广凯，李冠魁，段洋洋，赵宪帅，张晶，汤敏，段培，
申请(专利权)人：阳谷新太平洋电缆有限公司，
类型：发明
国别省市：