【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于橡胶生产领域，更具体地，涉及一种橡胶混炼温度控制过程的自适应学习方法。
技术介绍
1、橡胶制品无处不在，在经济发展中发挥着重要作用，如交通运输、航空航天设备、医疗器械等。橡胶混炼过程是橡胶工业中最重要的工序之一，其中混炼温度是关键控制变量。适当的混炼温度可以促进橡胶分子链的活化和运动，然而，一旦混炼温度过高，会导致橡胶分子链的断裂和热分解，从而降低产品的质量和性能。因此，橡胶混炼温度控制的研究对提高橡胶制品质量具有重要意义。
2、现有的大多数方法，如pid控制、内模控制只能在时间趋于无穷大时，可以达到高精度的控制要求。然而，橡胶混炼温度过程是一个典型的间歇过程，在有限的操作时间内重复运行相同的生产任务。对于这类过程，现有方法无法保证在有限时间内的高精度控制要求。为了提高跟踪精度，迭代学习控制(ilc)已经成为一种可行的解决方案。因此，设计一种自适应迭代学习温度控制方法，是目前该领域亟需解决的问题。
3、面对实际的橡胶混炼温度过程，需要考虑以下四个方面的问题：1、橡胶混炼温度过程的参数是时变的，即高温循环水比热随循环水温度的变化而变化，此外，参数辨识不可避免地会受到外界干扰的影响；2、从电加热器流出的循环水初始温度会受到相应进口温度的影响，这种现象导致橡胶混炼温度过程的初始状态是迭代变化的；3、随着产品的多样化，橡胶混炼过程需要在不同的温度下工作，以满足物料、粘度指标和生产要求的变化；4、一旦混炼温度达到预定温度，则需要提前完成混炼过程，因此，不同批次中，橡胶混炼温度过程的操作时间是不一致的。
4、综合上述讨论，设计了一种具有参数不确定性、迭代变化初始状态、批次长度、目标温度的自适应迭代学习温度控制方法，突破了传统自适应迭代学习控制方法对被控系统的严格重复假设，具有较好的温度跟踪精度和较强的抗干扰能力，满足了橡胶混炼过程对温度调节的要求。
技术实现思路
1、本专利技术公开的一种橡胶混炼温度控制过程的自适应学习方法要解决的技术问题是，在处理参数不确定性、迭代变化初始状态、批次长度、目标温度等问题的同时，实现高精度轨迹跟踪和增强抗干扰能力。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、本专利技术公开的一种橡胶混炼温度控制过程的自适应学习方法，建立带未知扰动的橡胶混炼温度过程的热力学模型，针对橡胶混炼温度过程进行参数化处理；利用等价反馈原理构造迭代控制律，将目标温度纳入反馈控制律，以补偿迭代变化的跟踪任务，将迭代变化的初始状态进一步纳入控制器设计，并在控制律中进行补偿；提出递推最小二乘算法沿学习轴迭代更新参数向量，进一步，在参数更新算法中引入随机变量，解决了超出批次长度的信息不可用问题。最后，本专利技术提出的自适应迭代学习温度控制方法在参数不确定性、迭代变化初始状态、批次长度、目标温度等影响下，具有较强的抗干扰能力和温度跟踪精度，提高了橡胶混炼温度过程的跟踪性能。
4、本专利技术公开的一种橡胶混炼温度控制过程的自适应学习方法，所述方法包括以下步骤：
5、步骤1、建立带未知扰动的橡胶混炼温度过程的热力学模型：
6、
7、其中，tt(t)(℃)为电加热器出口的循环水温度；h为对流到环境的换热系数；s(m2)为水箱表面积；ta(t)(℃)为环境温度；θ为能量转换效率；q(t)(w)为电加热器的输出功率；mh(kg)、ch(t)(j/(kg·℃))、分别为循环水的质量、比热和质量流量；thi(t)(℃)表示循环水流出混炼室壁的温度；tho(t)(℃)表示循环水流出板式换热器的温度；δt(t)＝(tci-tco(t))表示冷却水的温度变化量；cc(t)(j/(kg·℃))、tci(℃)、tco(t)(℃)分别表示冷却水的质量流量、比热、进口温度和出口温度；u(t)＝q(t)表示系统的控制输入；
8、步骤2、将橡胶混炼温度过程模型转化为参数化系统：
9、
10、其中，
11、是未知时变参数向量，ls表示采样时间；b＝θls是未知的控制输入增益；d(k)＝hsta(k)ls/(ch(k)mh)表示外源扰动；
12、ζi(k)＝[ζi(1),t(k),ui(k)]t＝[ζi(0),t(k),1,ui(k)]t∈r4×1；
13、ζi(0)(k)＝[tt,i(k),tho,i(k)]t∈r2×1表示已知的向量值函数，ζi(0)(k)是有界的；
14、tt,i(k)表示可测量的系统输出，具有迭代变化的初始值tt,i(0)；
15、ui(k)表示系统控制输入；
16、步骤3、设计不同批次长度的最小二乘估计算法迭代更新参数向量：
17、不同批次长度的最小二乘估计算法为：
18、
19、
20、γi-1(k)是一个正定矩阵，迭代更新为：
21、
22、其中，为的估计，是的初始值；αi(k)是满足伯努利分布的随机变量，当αi(k)＝1表示学习过程可以运行到k时刻，当αi(k)＝0表示学习过程不能操作到k时刻；γ-1(k)＝ci是给定的正定矩阵，其中c是足够大的正数，i∈r4×4表示单位阵；
23、步骤4、设计基于迭代变化初始状态和目标温度补偿的反馈控制律，实现对橡胶混炼过程的温度调节：
24、
25、其中，为的估计值；ζi(1)(k)＝[ζi(0),t(k),1]t；为b的估计值；ri(k)表示迭代变化的目标温度。
26、进一步的，步骤2中所述的将橡胶混炼温度过程模型转化为参数化系统主要包括以下步骤：
27、步骤2.1、考虑到橡胶混炼过程是一种典型的间歇过程，在有限时间内重复运行相同的生产任务，对上述橡胶混炼温度过程模型中的(a1)，通过欧拉离散化得：
28、
29、其中，i＝1,2,...表示迭代数量；k∈{0,...,li}表示时间，li是迭代变化的操作长度；是未知时变参数向量，ls表示采样时间；ζi(0)(k)＝[tt,i(k),tho,i(k)]t∈r2×1表示已知的向量值函数，ζi(0)(k)是有界的；ui(k)表示系统控制输入；b＝θls是未知的控制输入增益；tt,i(k)表示可测量的系统输出，具有迭代变化的初始值tt,i(0)；d(k)＝hsta(k)ls/(ch(k)mh)表示外源扰动；
30、环境温度被视为在固定时间段内迭代不变的外部扰动，循环水的比热对于每次操作也是重复的，因此，外源扰动既是时变，也是重复的；
31、系统满足参数向量外源扰动d(k)和迭代变化目标温度ri(k)是有界的，k∈{0,1,...,ld}和i＝1,2,…；由于能量转换效率θ是有界的，控制输入满足控制方向已知且不变，同时，控制增益是一致连续有界且非零；
32、步骤2.2、(a2)进一步整理为：
33、
34、其中，将外源扰动看作是未知本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种橡胶混炼温度控制过程的自适应学习方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤1中所述的建立带未知扰动的橡胶混炼温度过程的热力学模型主要包括以下内容：
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤2中所述的将橡胶混炼温度过程模型转化为参数化系统主要包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤3中所述的设计不同批次长度的最小二乘估计算法迭代更新参数向量主要包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤4中所述的设计基于迭代变化初始状态和目标温度补偿的反馈控制律主要包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种橡胶混炼温度控制过程的自适应学习方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤1中所述的建立带未知扰动的橡胶混炼温度过程的热力学模型主要包括以下内容：
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤2中所述的将橡胶混炼温度过程模型转化...
【专利技术属性】
技术研发人员：池荣虎，周志豪，惠宇，李普照，林娜，刘洋，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：
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