一种砖厂动态配料系统的鲁棒自适应控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建材产品动态配料技术领域，涉及一种砖厂动态配料系统的鲁棒自适 应控制方法。
【背景技术】
[0002] 在砖厂的自动化生产过程中，动态配料工序是实现砖厂生产正常的关键工序，特 别是空心红砖的生产。在空心砖生产过程中，需要将页岩和煤炭按照一定比例进行动态配 料。由于空心砖生产过程中所选用的都是优质煤，且所配置的煤炭比例一般不超过7%，因 此对配煤的精度要求极高。一旦配煤精度达不到要求，则后续生产的空心砖将全部报废，严 重制约着产品产量和品质。
[0003] 砖厂动态配料量系统的直接控制量是给料机的运行频率，由于煤炭的堆积密度是 变化的，因此给料机运行频率与给料的重量之间存在着随机性，在控制中存在着滞后大、出 现超调和不可逆，控制对象具有非线性和时变等特点，采用常规的控制算法难以适应参数 变化及干扰因素的影响，不仅给调试带来困难，控制效果也不理想，因此开发高效率、高精 度的控制方法，研制可靠的动态配料生产线势在必行。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种砖厂动态配料系统的鲁棒自适应控制方 法，该方法将鲁棒自适应控制算法与动态配料系统相结合，对配料过程的配比精度进行控 制，从而实现建材产品质量的提升。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] 一种砖厂动态配料系统的鲁棒自适应控制方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一：根据系统给料部分工艺，分析给料过程机理，建立动态配料系统的电机频 率与物料流量间的模型；
[0008] 步骤二：对系统模型中的未知参数进行辨识，建立相应的辨识算法；
[0009] 步骤三：由于动态配料存在不确定因素，所以对模型的不确定性进行辨识，再将其 应用于鲁棒稳定性条件；
[0010] 步骤四：设计鲁棒控制器，并用自适应控制确保性能指标良好，修正模型结构以达 到更好的控制效果。
[0011] 进一步，在步骤一中，建立动态配料系统电机频率与物料流量模型为：
[0013] 其中，为配料系统给料机给料流量，RD为电机的转动半径，RT为减速机的转动半 径，Re为给料皮带转动半径，p为物料密度，W为皮带秤宽度，h为物料下落高度，f为电机 的转动频率。
[0014] 进一步，在步骤二中，采用非参数传递函数辨识方法辨识模型的不确定性部分：
[0015] q(k)= G〇(q_1)f(k)+ C'(k)
[0016] 其中，Gjcf1)为过程脉冲传递函数，| '(k)为输出端干扰噪声；
[0017] 在N时刻，辨识所得参数向量为6(A〇,可计算出标称对象模型Af1,知:)）的输出 序列：供々,命,\，))|0々）=少（；\'>\(々-1)，让=1，...1代入上述￡从)=厶0 |好(幻+ 4:'(幻后便 可进行A (q4)频响特性的辨识。
[0018] 进一步，在步骤三和步骤四中，对模型的不确定性部分，将其直接应用于系统鲁棒 稳定性分析，根据自适应控制器的控制律
[0019] 得出鲁棒稳定条件：
[0020] 导出了优化后的模型结构：
[0022] 本发明的有益效果在于：
[0023] 1)通过建立电机频率与物料流量模型，解决了由于配料原料大小、密度、形状的不 确定性而影响配料精度的问题，为动态配料鲁棒自适应控制方法的实现提供了理论指导；
[0024] 2)通过对模型参数进行实时在线的系统辨识，能够很好的解决系统不稳定所带来 的参数变化问题，从系统模型方面确保了控制的精度；
[0025]3)通过将系统输出物料流量的连续信号离散化，再与系统辨识相结合，有效识别 出影响系统稳定性的瞬时值；
[0026]4)通过鲁棒自适应的控制方法，为动态配料的精度控制提供了科学可靠的理论依 据，并保证了配料过程的鲁棒性、抗干扰性和高精确性。
【附图说明】
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0028] 图1为本发明所述方法的流程框图；
[0029] 图2为配料系统的简化模型图；
[0030] 图3为乘积摄动模型控制框图；
[0031] 图4为模型参考自适应控制框图。
【具体实施方式】
[0032] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0033] 图1为本发明所述方法的流程框图，如图所示，本方法包括以下步骤：1)根据系统 给料部分工艺，分析给料过程机理，建立动态配料系统的电机频率与物料流量间的模型；2) 对系统模型中的未知参数进行辨识，建立相应的辨识算法；3)由于动态配料存在不确定因 素，所以对模型的不确定性进行辨识，再将其应用于鲁棒稳定性条件；4)设计鲁棒控制器， 并用自适应控制确保性能指标良好，修正模型结构以达到更好的控制效果。
[0034] 1)对动态配料系统的电机频率f与物料流量q之间的关系描述为：
[0036] 上式中，q(k+l)表示k+1时刻的物料流量，9 (!为过程实际参数向量，
[0037] <}) (k) = [_q(k)，-q(k-l)，? ? ?-q(k_na)，f(k)，? ? ? f(k_nb)]为系统自回归向量，
[0038] Uk)为物料下料时的冲击抖动等干扰误差，满足sup | Uk) |彡A ;
[0039] 建立递推最小二乘辨识算法如下：
[0042] 其中，和k)为过程实际参数向量0 ^的估计；§〔0)可根据简化配料模型计算出，当 抑1)(1私-1)的值较小时a(k-l)取为0,否则取为一人为设定常数；简化模型如图 2所示。根据该简化模型，分析其工艺，配料系统的输入f与输出之间的关系变化为：
[0044] 其中，RD为电机的转动半径，R T(m)为减速机的转动半径，&为给料皮带转动半径， P为物料密度，w为皮带秤宽度，h为物料下落高度，f?为电机的转动频率可直接得到；而％ 为配料系统给料机给料流量可按如下计算方式间接得到：
[0045] 皮带秤物料冲击模型为：
[0047] 其中，F(t)为考虑物料冲击力时传感器在时刻t所受的拉力值，m(t)为落下的物 料质量，H为物料落下的高度，G为皮带秤上物料量
[0049] 其中，k为称量系数，v(m/s)为皮带的额定转速，Mmax为称重传感器的最大额定称 量值，M min为称重传感器的最小额定称量值，M ^ (kg)是电子皮带秤自身的皮带重量，L是皮带 秤的有效称量段的长度，V是皮带秤传感器输出电压值，Q为瞬时流量
[0050] 2)配料模型不确定部分的辨识
[0051] 为了将结果直接用于鲁棒稳定性条件的验证，输出信号经过离散处理后，整个配 料系统可看作SISO离散系统，并用非参数传递函数辨识方法辨识模型的不确定性：
[0052] q (k) = G〇 (q_1) f (k) + C' (k)
[0053] 其中，Gjcf1)为过程脉冲传递函数；| ' (k)为输出端干扰噪声。设k时刻参数 辨识结果为§0)，且设上述模型满足乘积摄动模型，如图3所示。
[0054] 其中为标称对象的传递函数，设卵：) = 〇(《_jW)/⑷， ;:(A-) = 7(A')-^"(A')，则s(/t) = A(>/ '^"(幻 + '伙）
[0055] A (q，为不确定部分传递函数，f(k)为k时刻的输入频率；
[0056] 因此，在N时刻辨识所得参数向量为戎A〇 ,可计算出标称对象模型(^'0~(幻)的 输出序列：仍以)(~.))|仍幻=f? (A，)<(々-丨),k = 1，? ? ? N
[0057] <K(k_l)表示标称对象模型系统的自回归向量；
[0058] 带入上述e(幻=A(t/ ^(幻+ 4认)后便可进行A (q4)频响特性的辨识。
[0059] 3)设计自适应控制器
[0060] 理想状况下，物料流量输出％应与物料设定值Q相同，故设计一模型参考自适应 控制器，以物料设定值Q为参考模型，根据Q e-Q的值来调整给料速度。
[0061] 图4为模型参考自适应控制框图，设可调增益为ke(t)，参考模型增益为k m(t)，被 控对象增益为kp(t) ?，连续采样时，根据e的导数，求得可调增益自适应律C为
[0063] 其中，y称为自适应增益；
[0064] 将其带入乘积摄动鲁棒稳定性条件，可得
[0065] 修正后的模型结构为j(~)) = (、'.火/V))(1+々m。
[0066] ^厂1)为A(厂^最优化系数后得到（如插值法），具体操作由A (〇的复杂程度 而定；
[0067] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种砖厂动态配料系统的鲁椿自适应控制方法，其特征在于：包括w下步骤： 步骤一：根据系统给料部分工艺，分析给料过程机理，建立动态配料系统的电机频率与 物料流量间的模型； 步骤二；对系统模型中的未知参数进行辨识，建立相应的辨识算法； 步骤对模型的不确定性进行辨识，再将其应用于鲁椿稳定性条件； 步骤四：设计鲁椿控制器，并用自适应控制确保性能指标良好，修正模型结构W达到更 好的控制效果。2. 根据权利要求1所述的一种砖厂动态配料系统的鲁椿自适应控制方法，其特征在 于：步骤一中，建立动态配料系统电机频率与物料流量模型为：其中，Qe为配料系统给料机给料流量，Rd为电机的转动半径，为减速机的转动半径， 咕为给料皮带转动半径，P为物料密度，W为皮带砰宽度，h为物料下落高度，f为电机的转 动频率。3. 根据权利要求2所述的一种砖厂动态配料系统的鲁椿自适应控制方法，其特征在 于；在步骤二中，采用非参数传递函数辨识方法辨识模型的不确定性部分： q化）=G〇(q-i)f(k)+C' (k) 其中，Gu(q气为过程脉冲传递函数，C' (k)为输出端干扰噪声； 在N时刻，辨识所得参数向量为斬A0，可计算出标称对象模型句脚)的输出序 列；夺(/、'，如、〇)|(7(^=贫''（,^)如(/、--1)，/、'=1，...斯，代入上述￡(反)=么((/'场作)+《'作）后便可 进行A(q-i)频响特性的辨识。4. 根据权利要求3所述的一种砖厂动态配料系统的鲁椿自适应控制方法，其特征在 于；在步骤=和步骤四中，对模型的不确定性部分，将其直接应用于系统鲁椿稳定性分析， 根据自适应控制器的控制律：得出鲁椿稳定条件导出了优化后的模型结构：
【专利摘要】本发明涉及一种动态配料系统的鲁棒自适应控制方法，包括以下步骤：1)根据系统给料部分工艺，分析给料过程机理，建立动态配料系统的电机频率与物料流量间的模型；2)对系统模型中的未知参数进行辨识，建立相应的辨识算法；3)对模型的不确定性进行辨识，再将其应用于鲁棒稳定性条件；4)设计鲁棒控制器，并用自适应控制确保性能指标良好，修正模型结构以达到更好的控制效果。本方法根据建材配料系统的生产工艺，采用机理分析建立动态配料系统简化数学模型，通过简化数学模型获取系统传递函数，并根据所获取的传递函数设计动态配料系统鲁棒自适应方法，保证了配料过程的鲁棒性、抗干扰性和高精确性。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN104932257
【申请号】CN201510249270
【发明人】林景栋, 黄立沛, 刘欢, 郝文元, 徐大发, 游佳川, 韩冲
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月15日