一种基于麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法，涉及电磁感应加热控制技术领域。本发明专利技术的温度变化量e和温度变化率ec通过模糊控制得到比例增益K

【技术实现步骤摘要】
一种基于麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法


[0001]本专利技术涉及电磁感应加热控制
，尤其涉及一种基于麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法。

技术介绍

[0002]我国碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)产业正处在从发展壮大向产业成熟期过渡，是迈向产业中高端的关键时期。但是，现阶段碳纤维壳体主要以热对流、热辐射、热接触等方式加热固化成型，其加热效率偏低，仅有30％
‑
50％，不仅浪费了大量能源，而且造成了较为严重的环境污染。
[0003]感应加热是一项非接触式加热技术，可以不与被加热物体之间接触而使其加热升温，与传统的加热方法相比具有加热效率高、能耗低、体积小、非接触、可局部加热、无污染等众多优势，并且投资成本低、灵活性高、运行速度快使其具有非常广泛的应用领域。尽管电磁感应加热技术可以实现碳纤维壳体的快速高效加热，但是在复合材料固化过程中温度场的均匀性和升温的准确性对成型质量起到关键作用。然而普通的电磁线圈由于其结构尺寸的限制及磁场间的耦合作用，导致被加热物体表面的均匀性较差，因此，在碳纤维复合材料感应加热过程中，其温度调控的研究至关重要。
[0004]经典PID控制是目前温控领域应用最广泛的技术，传统的PID控制器的三个参数K
p
、K
i
、K
d
是固定不变的，参数整定方法较为繁琐，系统控制较为困难。模糊控制拥有良好的控制性能，但是模糊PID控制器中的量化和比例因子确定、隶属度函数选择和模糊规则表的指定对控制效果具有重要影响，却只能依赖于专家经验和工程经验获得，因此无法避免特殊条件造成的干扰，自适应能力和控制效果不理想。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种满足碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)电磁加热温度需求的温度控制方法。
[0006]本专利技术提供了一种基于改进麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法，包括如下步骤：
[0007]S1、温度变化量e(t)和温度变化率ec(t)通过模糊控制得到比例增益K
p
变化量ΔK
p
、积分增益K
i
变化量ΔK
i
和微分增益K
d
变化量ΔK
d
，进而得到比例增益K
p
、积分增益K
i
和微分增益K
d
；
[0008]S2、通过麻雀搜索方法优化比例增益K
p
、积分增益K
i
和微分增益K
d
；
[0009]S3、将优化后的比例增益K
p
、积分增益K
i
和微分增益K
d
输入PID控制器，通过PID控制器控制CFRP的电磁感应加热温度。
[0010]进一步的，所述模糊控制得到比例增益K
p
变化量ΔK
p
、积分增益K
i
变化量ΔK
i
和微分增益K
d
变化量ΔK
d
分别为：
[0011][0012]其中，μ
i
为第i条规则的隶属度。
[0013]进一步的，第i条规则的隶属度μ
i
为：
[0014]μ
i
＝u
Ai
(e(t))
·
u
Bi
(ec(t))。
[0015]进一步的，所述麻雀搜索方法包括：
[0016]S21、初始化麻雀种群M，最大迭代次数iter
max
，发现者与加入者比例系数r和空间维数N＝3；
[0017]S22、动态更新麻雀中发现者和加入者数量，更新发现者与加入者比例系数r；
[0018]S23、更新发现者位置；
[0019]S24、更新加入者位置；
[0020]S25、计算适应度值并更新麻雀位置；
[0021]S26、判断是否达到结束条件，若是，结束循环并输出结果，若否，重复执行步骤S22
‑
S25。
[0022]进一步的，上述麻雀种群的初始化方法包括：
[0023]随机得到每个参数的第一只麻雀的位置x
11
、x
12
、x
13
，其余参数的麻雀位置信息通过下式计算：
[0024][0025]式中，x
k+1,j
为第j个参数的第k+1只麻雀的位置信息，x
k,j
为第j个参数的第k只麻雀的位置信息。
[0026]进一步的，所述发现者和加入者的比例系数r为：
[0027]r＝b(tan(
‑
πl/4iter
max
)+π/4)
‑
k
′
α2；
[0028]式中，b为常数，l为第l次迭代，k
′
为扰动因子，α2为随机数。
[0029]进一步的，所述发现者的位置的更新方法为：
[0030][0031]式中，iter为当前迭代数，k为第k只麻雀，j为第j个参数，x
kj
为第k只麻雀在第j维中的位置信息，R2为警戒值，ST为安全值，Q为服从正态分布的随机数，L为1
×
3的单位矩阵。
[0032]进一步的，所述适应度值f为：
[0033][0034]其中，e(t)代表温度误差，t代表时间。
[0035]进一步的，所述CFRP加热模型的建立方法包括：
[0036]建立CFRP加热的传递函数G(s)：
[0037][0038]K1为比例增益，T1为惯性时间常数，τ为滞后时间常数；
[0039]通过最小二乘法对传递函数中的参数进行辨识。
[0040]本专利技术与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0041](1)本专利技术把麻雀搜索算法同模糊PID控制结合起来进行优化，弥补了现有PID控制方法参数选取过分依赖专家经验和工程经验的缺点，满足电磁感应加热CFRP温度控制需求，提高控制性能；
[0042](2)采用基于麻雀搜索优化模糊PID控制电磁感应加热温度，不仅减少了系统响应时间而且提升了系统的鲁棒性。
[0043]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0044]图1是本专利技术一具体实施例的整体控制原理图；
[0045]图2是本专利技术一具体实施例中误差e(t)及其误差变化率ec(t)的隶属度函数曲线图；
[0046]图3是本专利技术一具体实施例麻雀搜索流程示意图。
具体实施方式
[0047]以下通过特定的具体实例说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、温度变化量e(t)和温度变化率ec(t)通过模糊控制得到比例增益K
p
变化量ΔK
p
、积分增益K
i
变化量ΔK
i
和微分增益K
d
变化量ΔK
d
，进而得到比例增益K
p
、积分增益K
i
和微分增益K
d
；S2、通过麻雀搜索方法优化比例增益K
p
、积分增益K
i
和微分增益K
d
；S3、将优化后的比例增益K
p
、积分增益K
i
和微分增益K
d
输入PID控制器，通过PID控制器控制CFRP的电磁感应加热温度。2.根据权利要求1所述一种基于改进麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法，其特征在于，所述模糊控制得到比例增益K
p
变化量ΔK
p
、积分增益K
i
变化量ΔK
i
和微分增益K
d
变化量ΔK
d
分别为：其中，μ
i
为第i条规则的隶属度。3.根据权利要求2所述一种基于改进麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法，其特征在于，第i条规则的隶属度μ
i
为：μ
i
＝u
Ai
(e(t))
·
u
Bi
(ec(t))。4.根据权利要求1所述一种基于改进麻雀搜索优化模糊PID的电磁感应加热CFRP温度控制方法，其特征在于，所述麻雀搜索方法包括：S21、初始化麻雀种群M，最大迭代次数iter
max
，发现者与加入者比例系数r和空间维数N＝3；S22、动态更新麻雀中发现者和加入者数...

【专利技术属性】
技术研发人员：付天宇，张艳姣，史新民，闫珊，
申请(专利权)人：常州信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：