[发明专利]基于自抗扰技术的生产线喷涂烘干过程的温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种基于自抗扰技术的生产线喷涂烘干过程 的温度控制方法。

背景技术

在汽车、冶金、化工等生产线喷涂烘干过程中，工件涂装过程需要经过脱脂、水洗、 磷化、水分烘干、底漆喷涂、底漆烘干、面漆喷涂、面漆烘干等工序，为了保证产品的质量和 节约生产成本，喷涂烘干过程对温度控制要求非常高，一般要求温度控制精度至少小于+5 ℃，最好控制在+2℃以内；由于自动化生产线喷涂烘干过程的温度控制普遍存在大时滞现 象，常常要求将具有较大时滞的温控装置控制在设定温度值附近，对大时滞的受控对象而 言，最大特点是当前施加的控制作用要经过一段时间的延时才能反映到输出端，因此输出 不能及时反映系统内部的变化；滞后性质的存在，使得开环系统相位滞后增大，幅值裕度和 相位裕度减小，结果使系统稳定性降低、动态性能下降，直接影响控制性能；另外，温度控制 对象的参数一般会发生幅度较大的变化，所有这些变化都会改变对象模型的参数；这种随 机产生和不可准确预计的变化，无疑增加了温度控制的难度，不确定大时滞对象己成为自 动控制领域和计算机应用领域的一大难题。

目前，我国自动化生产线喷涂烘干过程的温度控制大多仍以传统的PID控制器为 主，传统的PID控制器对于一般的温度控制系统能取得比较满意的控制效果，但由于喷涂烘 干过程中的温控系统为非线性、大滞后系统，其控制输入和输出间存在着非线性的不确定 关系，大滞后还可能引起系统的不稳定，在外界干扰或在控制对象参数发生变化时，常规线 性PID控制器的控制效果会变差；因此，如何解决生产线喷涂烘干过程的温度控制问题具有 重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对传统PID控制器因温度控制存在非线性、大滞后等特性而 难以获得令人满意的控制效果问题，提出一种基于自抗扰技术的生产线喷涂烘干过程的温 度控制方法，以获得相比PID控制器更好的控制精度、鲁棒性和稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种基于自抗扰技术的生产线 喷涂烘干过程的温度控制方法，包括下述步骤：

第1步，建立生产线喷涂烘干过程受控对象数学模型；

S1：根据生产线喷涂烘干过程的工艺控制过程，其烘干过程采用的电加热装置为电阻 加热炉，电阻加热炉为具有自平衡能力的受控对象，其数学模型可以看作一阶惯性环节，如 下式（1）所示：

（1）

式中：G为传递函数，特征参数K、T和τ分别为惯性环节增益、时间常数，和纯滞后时间；

S2：采用实验方法，对电阻加热炉进行加电试验得到其阶跃响应曲线，根据科恩-库恩 公式计算受控对象特征参数K、T和τ：

从阶跃响应提取对象特征参数的科恩-库恩公式如下式（2）所示：

（2）

式中：y₁为温度初始值，y₂为稳态温度值，Δy为稳态温度值与初始温度值之差，ΔR为 温度阶跃响应值，t_0.632为温度达到稳态值的0.632倍时所需要的时间，t_0.28为温度达到稳态 值的0.28倍时所需要的时间；

通过计算得到受控对象的特征参数K=0.85，T=480，τ=200，T和τ单位为秒；

S3：将受控对象的特征参数代入式（1）得到喷涂烘干过程受控对象电加热装置的数学 模型，如下式（3）所示：

（3）；

第2步，设计温度自抗扰控制器，并确定理想的调节参数；

所述温度自抗扰控制器采用自抗扰控制算法程序，温度自抗扰控制器算法的实现方法 及步骤如下：

S1：初始化k时刻的温度给定值的跟踪信号和微分信号、温度实际值得跟踪信号和微分 信号以及控制量，即：

k时刻温度给定值V的跟踪信号和微分信号：V1（k）、V2（k），

k时刻温度实际值y的跟踪信号、微分信号：z1（k）、z2（k），

k时刻的控制量：u（k）；

S2：计算k+1时刻温度给定值V的跟踪信号和微分信号，即V1（k+1）、V2（k+1）；

S3：采样k时刻温度实际值y（k）；

S4：计算k+1时刻的温度实际值y的跟踪信号、微分信号和系统总扰动的观测信号，即z1 （k+1）、z2（k+1）、z3（k+1）；