[发明专利]稳健设计分析方法及其优化系统

说明书

技术领域

本发明涉及轻工机械领域的非线性系统，更具体地涉及一种稳健设计方法及其优化系统。

背景技术

涂布机是一种用来向基材稳定而均匀地施涂一定量的涂料的装置，一般包括涂布头、干燥箱以及收放卷装置，其中所述涂布头主要用于将液体涂料稳定且均匀地施涂到基材上。

目前使用较多的是四辊料槽供料逆转辊涂布机，其涂布头一般包括料槽、上料辊、涂布辊、计量辊、背压辊以及刮刀。在进行工作时，所述上料辊通过恒速转动将所述料槽中的涂布液传送给所述涂布辊，转动的涂布辊将部分涂布液带入所述涂布辊与计量辊之间的间隙中，逆转的计量辊带走部分涂布液并被刮刀刮除后流回料槽。而涂布辊带走的部分涂布液将随所述涂布辊继续旋转，直至与被所述背压辊支撑的基材相接触并全部转移到所述基材上，从而实现涂布。从所述涂布头的工作原理可以看出，涂布厚度及均匀性与所述涂布辊、计量辊之间间隙的大小及其转速密切相关，同时还与所述涂布辊、计量辊和背压辊的直径以及所述背压辊的转速密切相关。

通过对工厂的实际调研发现，在涂布头生产及使用过程中，由于制造工艺条件、装配精度、转速波动以及其他使用环境条件等等不确定因素的影响，一方面，按原有的设计方法，所设计出来的产品实际涂布厚度与期望值总存在一定的差距，为了实现所要求的涂布厚度大小，需要凭借经验不断地对涂布辊和计量辊之间的间隙，涂布辊以及计量辊的转速等等进行调整，这样会耗费相当大的人力和物力，同时也降低了工作效率；另外，通过不断调整而得到的涂布厚度大小在实际涂布过程中往往会出现较大的波动，影响到表面涂布的均匀性，从而直接影响到涂布机的质量。在实际工程中，为解决上述问题，常常单纯的从提高各辊加工精度，提升装配质量，采用高档控制电机以及高精度的减速装置等途径来满足对涂布质量的要求，但是这样会大大增加涂布头的生产成本，更为重要的是，由于不确定因素的不可避免，通常这种方法途径也难以起到立竿见影的效果。

而稳健设计分析是一种在诸如工作环境条件等产品或系统生命周期中不确定因素存在的条件下，寻求保持产品或系统功能特性稳定的设计方法。因此，可以采用稳健设计分析方法来分析并优化影响涂布机的涂布头稳健性的相关参数，从而提高产品质量和生产效率并降低生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种稳健设计分析方法及其优化系统，以找出影响涂布头稳健性的相关参数，并对所述参数进行调节从而使得所述涂布头稳健性良好，还提高了产品质量和生产效率并降低了生产成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种稳健设计分析方法，用于分析四辊料槽供料逆转辊涂布头非线性机械系统的稳健性，其中所述涂布头包括相互连接的上料辊、涂布辊、计量辊和背压辊，包括：

(1)建立所述四辊料槽供料逆转辊涂布头的不确定性参数与功能性参数变动量的关系模型；

(2)求解所述关系模型以得到稳健设计优化模型；

(3)采用稳健灵敏性分析方法，分析所述稳健设计优化模型以得到稳健敏感性矩阵；

(4)根据所述稳健设计优化模型和稳健敏感性矩阵，采用Matlab工具优化模拟以得出影响所述四辊料槽供料逆转辊涂布头非线性机械系统的稳健性的相关参数，并揭示影响系统稳健性的内在机理。

具体地，所述(1)建立所述四辊料槽供料逆转辊涂布头的不确定性参数与功能性参数变动量的关系模型具体包括：

(11)确定所述四辊料槽供料逆转辊涂布头的功能性参数、结构特性参数、设计参数以及不确定性参数；

(12)确定所述四辊料槽供料逆转辊涂布头的功能性参数和结构特性参数、设计参数以及不确定性参数之间的关系式；

(13)利用泰勒公式将所述关系式在所述设计参数的期望值处进行二阶近似展开得到所述关系模型。

具体地，所述功能性参数包括涂布厚度和涂布速度，所述结构特性参数包括涂布辊半径、计量辊半径以及背压辊半径，所述设计参数包括所述涂布辊与计量辊之间的间隙、所述涂布辊的转速、所述计量辊的转速以及所述背压辊的转速，所述不确定参数包括所述涂布辊与计量辊之间的间隙的变动量、所述涂布辊转速的变动量，所述计量辊转速的变动量以及所述背压辊转速的变动量。

相应地，本发明还提供了一种稳健设计分析优化系统，用于分析优化四辊料槽供料逆转辊涂布头的稳健性，包括：

模型建立模块，用于建立所述四辊料槽供料逆转辊涂布头的不确定性参数与功能性参数变动量的关系模型；

优化模块，用于求解所述模型建立模块所建立的关系模型以得到稳健设计优化模型；