[发明专利]基于变速率学习的螺杆式物料下料装置控制器

说明书

本发明公开了基于变速率学习的螺杆式物料下料装置控制器，其包括输入模块、存储模块、输出模块和处理模块，处理模块又包括预测模块、重量监测模块、误差计算模块及逻辑控制模块。基于单次和累积下料误差，处理模块通过迭代学习对螺旋输送器进行控制，迭代过程中基于下料误差的变化分别对单次和累积下料误差的学习因子进行动态调整。本发明基于距离传感器和称重模块的检测，通过搅拌器对下料仓内的物料堆积进行调节以保证物料密实度稳定；学习因子能自动调整优化，与现有技术相比，本发明使得下料控制不需要对参数反复试凑，能快捷地获得收敛性能较好的迭代式，且在迭代学习过程中的落料能被有效利用。

本申请为申请号201710905892.3、申请日2017年09月19日、发明名称“基于变速率学习的螺杆式物料下料装置及其控制器”的分案申请。

技术领域

本发明涉及定量配料领域，具体涉及一种基于变速率学习的螺杆式物料下料装置控制器。

背景技术

在工农业制造和商品包装中，有大量的粉粒物料，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、轻甲基纤维素、聚丙烯睛、环氧树脂粉末涂料等化工原料，石英砂、水泥等建材原料，洗衣粉等日用化工产品，小米、大豆等谷物豆类农产品，或粉、渣、粒状加工食品，饲料、化肥、农药等农业生产物料，以及粉粒状的保健品、中西药剂、调味品等均需要自动定量包装或者配料制造。

目前我国有很多企业仍然采用手工定量配料或者包装，一方面劳动强度大，速率慢，经济效益差；另一方面，食品、药品等手工定量往往不能满足卫生要求，有毒有害的物料，人工参与定量容易对人体造成伤害。因此对生产企业来说，急需提供成本较低但具有较高速率和准确度的多组份自动定量下料设备或者装置，满足大量的物料定量包装或者配料制造要求。

目前国内外粉粒物料自动定量下料装置常用方法有两种，容积式和称重式。容积式定量依据物料容积进行计量充填或者投料，定量投料迅速，但定量物料质量受到物料密度变化而变化。为提高下料精度，出现了多种调节方法，如申请号为201320001933.3的中国专利，对螺杆采用变频调速，在接近目标值逐渐减慢喂料速度，减少空中落差值；申请号为201310234280.8的中国专利，在纯碱包装机三速变频给料工艺中采用大小螺杆分多阶段下料；申请号为200920248298.2的中国专利考虑到快速下料时难以控制定量而通过先快后慢的方法来减小供料落差的影响；这些非称重式方案的下料终值只能接近期望值，准确度不高。

称重式定量依据所设定的物料一次量进行计量充填或者投料，需要在下料过程中不断称重，根据称重结果反馈控制下料量，由于称重受到下料冲击和空中滞后物料影响较大，下料速度和精度都面临很多困难。为了补偿空中物料对计量精度的干扰，很多方案采用提前关闭阀门的技术，如申请号为201410230888.8的中国专利将配料称重过程划分为三个阶段，并在最后一个阶段采用迭代学习控制方式来计算关闭提前控制量，但该方案中迭代学习的学习因子需要通过反复试凑和反馈观察来进行优选，因此需要长时间的实验和调试，而且该方案仅能提高学习完成后的下料精度，在学习过程中的累积下料精度则无法保证。

发明内容

单纯的螺杆式送料器属于容积式定量范畴，容积式定量充填基于容积来计量充填物料的数量，其结构简单，成本低，但定量充填速度稳定性及精度依赖于物料视比重的稳定性，受物料松散程度、颗粒均匀程度、吸湿性等物理化学性质的影响较大。

从原理上来看，目前容积式定量充填可以分为控制充填物料的流量或时间、以及用相同的计量容器量取物料这两种类型。前者常采用控制振动给料机的振动时间或控制螺旋充填机的旋转时间实现定量充填；后者用量杯、量筒或柱塞的定量充填机等。两种类型都有一个共同的问题，就是要尽量使物料的视比重稳定。

由于普通容积式本质上是换算式的，无法像称重式一样掌握下料的确切质量，后来虽然出现了结合称重的方案，但由于没有空中量预测而只能依靠下料最后阶段极低的送料速度来保证精度。