[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

摘要

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：建立生产线喷涂烘干过程受控对象数学模型；设计温度自抗扰控制器，确定理想的调节参数；通过生产线喷涂烘干过程温度的仿真控制，确定影响温度自抗扰控制器性能主要调节参数；构建生产线喷涂烘干过程仿真实验平台，实现温度自抗扰控制器实时控制；所述温度自抗扰控制器包括过渡过程发生器、扩张状态发生器和非线性反馈控制器；所构成的温度自抗扰控制系统包括上位机、温度自抗扰控制器、输入信号模块、执行器、温度检测模块和受控对象-电阻加热炉。本发明不依赖于被控系统的数学模型，不需要考虑被控系统的非线性控制问题，具有较好的鲁棒性；可以大大提高温度控制精度和产品质量。

主权项

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，其特征在于：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）；S5：根据第2步、第4步的计算结果，计算k+1时刻的跟踪误差信号和微分误差信号，即e1（k+1）、e2（k+1）；S6：计算k+1时刻控制量，即u0（k+1）；S7：计算扰动补偿b0；S8：根据扰动补偿和第6步的计算结果，计算k+1时刻经扰动补偿后的控制量u（k+1）；S9：更新采样时间，即k=k+1；第3步，通过生产线喷涂烘干过程温度的仿真控制，确定影响温度自抗扰控制器性能主要的调节参数；温度自抗扰控制器的性能取决于参数的调整，影响温度自抗扰控制器性能主要的调节参数包括：h₀、h₁、r₀、r₁、b₀、C、、和；确定上述调节参数的步骤为：S1：参数调节开始；S2：初始化调节参数；S3：仿真试验—效果理想则保留参数；S4：效果不理想则修改参数并返回S3仿真试验直至得到理想参数；所述主要的调节参数的含义为：h₀为滤波因子，为采样周期h的整数倍；h₁为精度因子，1/h₁相当于PID控制器中的比例增益，为采样周期h的2～6倍；r₀为速度因子，调节过渡过程的时间，其值越大过渡过程时间越短，其数值为0.01－1之间的任意数；r₁为控制量增益；b₀为补偿因子，其取值在0.1－20之间；C 为阻尼系数，相当于PID控制器中的微分增益；、、为输出误差校正增益，、参数对ESO的影响比较大，其值由采样周期h来决定、即：、、；第4步，构建生产线喷涂烘干过程仿真实验平台，实现温度自抗扰控制器的实时控制。