[发明专利]一种PSORBFD快速自适应解耦控制方法

说明书

本发明公开了一种PSORBFD快速自适应解耦控制方法，包括如下步骤：S1、系统建模：根据控制量与输出量之间的关系，确定系统的传递函数矩阵模型；S2、建立RBFD解耦控制器：所述RBFD解耦控制器包括输入层、隐含层和输出层，RBFD解耦控制器的解耦控制过程包括RBF初始化、RBF聚类、RBF模型训练和RBF测试；S3、建立PSORBFD解耦控制器：采用PSO粒子群优化算法对RBFD解耦控制器进行改进，建立PSORBFD解耦控制器。将本发明的PSORBFD解耦控制器应用于多通道薄膜厚度控制系统中，能有效解决BOPP薄膜生产线由于耦合问题导致的薄膜厚度偏差问题，使薄膜生产质量得到保证。同时，该方法同样适用于多通道耦合系统的解耦控制，明显提高了RBF模型训练的速度，大大提升了训练效率，且抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及耦合系统的解耦技术领域，具体涉及一种PSORBFD快速自适应解耦控制方法。

背景技术

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜厚度控制系统是一个多输入多输出(MIMO)的非线性复杂的多变量耦合系统，在实际生产工艺中，加热螺栓之间相互影响，所以热膨胀螺栓之间的耦合不能忽略。

具体地，BOPP薄膜生产线流程如图1所示，其工作过程为：薄膜原料(塑料粒子)由投料口投入，经加热熔化后由挤出机将液态原料送到膜头，通过膜头唇口处热膨胀螺栓挤出，经冷却转辊冷却成为固体状厚片，该厚片经同步传动系统传送，首先通过纵向拉伸使厚片变薄，然后经横拉机进行横向拉伸使薄膜进一步变薄变宽，最后经过定型收卷得到成品膜。整个控制将待生产薄膜分成若干个区，每个区对应一个加热膨胀螺栓。当发现成品膜某处质量变差时，可以调节对应螺栓的加热量以达到改变唇口开度，从而改变液态原料挤出量，进而达到调节薄膜厚度的目的。

BOPP薄膜厚度控制系统是一个MIMO耦合系统，由于耦合系统中各个回路间的相互作用会破坏其他独立回路的稳定控制，如图2所示，热膨胀螺栓在膜头上均匀分布，如果不考虑加热螺栓之间的影响和其他因素，可以将每一个热膨胀螺栓看成一个独立的控制通道。但是实际情况中，热膨胀螺栓之间的耦合往往是不能忽略的，这种耦合关系会严重降低系统的控制品质，因此在薄膜厚度控制中如何消除耦合影响是必须要考虑的问题。

单个通道的厚度控制系统结构的原理图如图3所示，包括厚度控制器、n个加热螺栓、测厚仪等，厚度控制器对加热螺栓进行加热量控制，测厚仪对BOPP薄膜输出的厚度进行测量后再反馈给厚度控制器，厚度控制器根据反馈结果进行调整最后输出符合要求的BOPP薄膜。

考虑到每个螺栓的单个回路的模型，单个螺栓的加热温度控制对应膜头唇口开口度，进而控制液态原料挤出量。而相邻螺栓之间的加热温度、膜头唇口开口度相互影响，从而导致相邻通道之间薄膜厚度存在严重的耦合关系。

对于耦合系统的解耦控制，常见的解耦方法主要包括传统方法解耦、自适应解耦方法和智能解耦控制等。

传统解耦以现代频域为代表，主要适用于确定性MIMO系统，其基本思想是设计一个解耦网络，使得MIMO控制系统的传递函数矩阵成为对角矩阵，使系统更易于控制，它包括求逆矩阵法、相对放大系数匹配法、对角优势法、转态反馈法等；由于该解耦方法要求传递矩阵是稳态非奇异的，结构简单，没有动态特性，确保开环系统输出响应的稳态无偏差，但是不能有效改进闭环控制系统的解耦调节能力。

自适应解耦方法是将自适应控制与解耦控制技术相结合，它的实质是将耦合信号作为干扰处理，采用自校正前馈控制的方法，对耦合进行动、静态补偿；类前馈解耦算法虽然上对MIMO耦合系统有较好的解耦效果，但无法完全消除由输入信号改变带来的耦合影响。

智能解耦控制在解决非线性方面具有独特优势，这种方法可以实现对非线性系统在线精确解耦，解决了传统解耦方法不易实现精确解耦的问题，因此在非线性系统解耦控制方面得到了广泛的关注。神经网络解耦控制就是其中比较典型的一种方法，它可实现多输入到多输出的映射，并且具有自学习功能，因此适用于时变、非线性、特性未知的对象。