[發明專利]一種改進FSRBFD的自適應解耦控制方法

有效

• 申請號: 201910589838.1
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110262244B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 廖雪超;陳振寰;鄧萬雄;伍杰平
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 劉艷艷

本發明公開了一種改進FSRBFD的自適應解耦控制方法，包括步驟：S1、系統建模：根據控制量與輸出量之間的關系，確定系統的傳遞函數矩陣模型；S2、建立RBFD解耦控制器：所述RBFD解耦控制器包括輸入層、隱含層和輸出層，RBFD解耦控制器的解耦控制過程包括RBF初始化、RBF聚類、RBF模型訓練和RBF測試；S3、建立FSRBFD解耦控制器：采用附加動量項、自適應學習率和附加微分項的方法對RBFD解耦控制器進行改進，建立自適應學習率的解耦控制器FSRBFD。將本發明的FSRBFD解耦控制器，應用于多通道薄膜厚度控制系統中，能有效解決BOPP薄膜生產線由于耦合問題導致的薄膜厚度偏差問題，使薄膜生產質量得到保證。

技術領域

本發明涉及耦合系統的解耦技術領域，具體涉及一種改進FSRBFD的自適應解耦控制方法。

背景技術

雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜厚度控制系統是一個多輸入多輸出(MIMO)的非線性復雜的多變量耦合系統，在實際生產工藝中，加熱螺栓之間相互影響，所以熱膨脹螺栓之間的耦合不能忽略。

具體地，BOPP薄膜生產線流程如圖1所示，其工作過程為：薄膜原料(塑料粒子)由投料口投入，經加熱熔化后由擠出機將液態原料送到膜頭，通過膜頭唇口處熱膨脹螺栓擠出，經冷卻轉輥冷卻成為固體狀厚片，該厚片經同步傳動系統傳送，首先通過縱向拉伸使厚片變薄，然后經橫拉機進行橫向拉伸使薄膜進一步變薄變寬，最后經過定型收卷得到成品膜。整個控制將待生產薄膜分成若干個區，每個區對應一個加熱膨脹螺栓。當發現成品膜某處質量變差時，可以調節對應螺栓的加熱量以達到改變唇口開度，從而改變液態原料擠出量，進而達到調節薄膜厚度的目的。

BOPP薄膜厚度控制系統是一個MIMO耦合系統，由于耦合系統中各個回路間的相互作用會破壞其他獨立回路的穩定控制，如圖2所示，熱膨脹螺栓在膜頭上均勻分布，如果不考慮加熱螺栓之間的影響和其他因素，可以將每一個熱膨脹螺栓看成一個獨立的控制通道。但是實際情況中，熱膨脹螺栓之間的耦合往往是不能忽略的，這種耦合關系會嚴重降低系統的控制品質，因此在薄膜厚度控制中如何消除耦合影響是必須要考慮的問題。

單個通道的厚度控制系統結構的原理圖如圖3所示，包括厚度控制器、n個加熱螺栓、測厚儀等，厚度控制器對加熱螺栓進行加熱量控制，測厚儀對BOPP薄膜輸出的厚度進行測量后再反饋給厚度控制器，厚度控制器根據反饋結果進行調整最后輸出符合要求的BOPP薄膜。

考慮到每個螺栓的單個回路的模型，單個螺栓的加熱溫度控制對應膜頭唇口開口度，進而控制液態原料擠出量。而相鄰螺栓之間的加熱溫度、膜頭唇口開口度相互影響，從而導致相鄰通道之間薄膜厚度存在嚴重的耦合關系。

對于耦合系統的解耦控制，常見的解耦方法主要包括傳統方法解耦、自適應解耦方法和智能解耦控制等。

傳統解耦以現代頻域為代表，主要適用于確定性MIMO系統，其基本思想是設計一個解耦網絡，使得MIMO控制系統的傳遞函數矩陣成為對角矩陣，使系統更易于控制，它包括求逆矩陣法、相對放大系數匹配法、對角優勢法、轉態反饋法等；由于該解耦方法要求傳遞矩陣是穩態非奇異的，結構簡單，沒有動態特性，確保開環系統輸出響應的穩態無偏差，但是不能有效改進閉環控制系統的解耦調節能力。

自適應解耦方法是將自適應控制與解耦控制技術相結合，它的實質是將耦合信號作為干擾處理，采用自校正前饋控制的方法，對耦合進行動、靜態補償；類前饋解耦算法雖然上對MIMO耦合系統有較好的解耦效果，但無法完全消除由輸入信號改變帶來的耦合影響。

智能解耦控制在解決非線性方面具有獨特優勢，這種方法可以實現對非線性系統在線精確解耦，解決了傳統解耦方法不易實現精確解耦的問題，因此在非線性系統解耦控制方面得到了廣泛的關注。神經網絡解耦控制就是其中比較典型的一種方法，它可實現多輸入到多輸出的映射，并且具有自學習功能，因此適用于時變、非線性、特性未知的對象。