[发明专利]基于比例积分观测器的注塑机冷凝控制系统故障监测方法

说明书

本发明公开了一种基于比例积分观测器的注塑机冷凝控制系统故障监测方法，包括：基于水冷式电磁感应装置的温度测量值，通过进一步引入相应的积分环节，提出一种针对于注塑机冷凝过程的广义比例积分观测器结构；基于矩阵方程求解，获得该比例积分观测器的有效解，进而得到温度及其下一状态的估计值；依据有效的估计值，构建一种冷凝过程故障检测残差规则实现对于注塑机冷凝控制系统中传感器运行情况的监测。应用本发明技术方案，直接对注塑机冷凝控制传感器进行软监测，及时反映其运行情况，避免因故障产生而导致的经济损失，并且引入了积分环节，从而提高了故障检测的鲁棒性和精度。

技术领域

本发明涉及故障检测技术领域，特别是一种基于比例积分观测器的注塑机冷凝控制系统 故障监测方法。

背景技术

众所周知，塑料是包装行业中主要的材料之一，凭借耐腐蚀、易加工等优点，在食品、 医疗、化工等行业得到了广泛应用。塑料包装加工过程机械数量众多，其中利用塑料的热塑 性原理的注塑机是塑料加工行业的主要成型机电设备。由料筒壁上加热设备将塑料颗粒加热 至融化后注射到模具内，经冷却、脱模等流程制成各种形状的塑料制品，满足其他领域的生 活生产需求。在注塑机冷却过程中，冷凝效果的优劣会直接影响产品的尺寸精度、收缩效果、 产品外观以及物理性能。为了提高冷凝过程的稳定性和可靠性，比较传统的方法则是采用质 量更高，鲁棒性更强的传感器、执行器或处理器，然而，这并不能保证系统始终处于安全的 运行状态。因此，注塑机冷凝过程的故障监测具有十分重要的意义。

故障检测研究可以大致分为数据驱动和基于模型的方法。数据驱动技术旨在通过直接利 用分析模型的历史记录和在线数据来解决故障检测问题。因此，它更适合大型系统，特别是 当模型难以提出明确的数学描述符时，但该方法的实时性不高。相比之下，基于模型的方法 能够以数学方式描述过程动力学并揭示物理意义且故障监测及时，这在实际应用中非常重要。 目前关于注塑机的相关的估计监测和分析，大多人工排查(刘文辉,崔荣辉,鲁德江.基于注塑机 故障研究[J].轻工科技,2012,28(07):59-95.)或基于数据驱动的方法(杨玲.液压注塑机故障智能 诊断系统设计及其应用效果[J].机电信息,2020(17):26-28)(徐勇.基于数据驱动的注塑机液压故 障智能诊断系统研究与设计[D].导师:宋建；蔡国强.华南理工大学,2019.)。值得注意的是，一旦 监督过程的分析模型建立良好，在许多实际案例中，如伺服电机(李涛.基于自适应观测器的机 床伺服电机故障诊断与控制[J].现代制造工程,2021(11):142-147.)、机械臂(贾庆轩,符颖卓,陈钢, 徐文倩.基于状态观测器的空间机械臂关节故障诊断[J].航空学报,2021,42(01):165-175.)等，基 于模型的方法被研究，取得了较好的效果。然而，还没有关于注塑机冷凝过程的基于观测器 的故障监测方法被提出，这也是本发明的发明原因。基于模型的故障检测的关键核心是残差的产生，即从系统可测变量中提取故障信息的过程。近年来，观测器作为一种有效的残差产生器，在故障检测领域受到了广泛的关注。

发明内容

针对于注塑机保压控制过程中存在的故障问题，提出一种基于比例积分观测器的注塑机 冷凝控制系统的直接故障检测方法。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

基于比例积分观测器的注塑机冷凝控制系统故障监测方法，包括以下步骤：

步骤1、建立注塑机水冷式电磁感应温度控制系统动力学模型；

步骤2、依据步骤1中的模型，构建广义比例积分观测器结构并求解，以获得当前时刻 及下一时刻温度的有效估计值；

步骤3、依据步骤2中获得当前时刻温度及其下一时刻的估计值，构建故障检测规则， 对注塑机冷凝控制系统实现故障检测目标。

进一步地，所述力学模型包括一阶传递函数数学模型、冷凝动态过程的连续状态空间模 型、冷凝过程温度值的增广的离散控制模型。

进一步地，所述力学模型包括：