[发明专利]一种注塑机PID控制器的参数调控方法及PID控制器

权利要求书

1.一种注塑机PID控制器的参数调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：确定注塑机控制系统的动态模型相关约束和优化目标函数；动态模型如下：

式中，变量z为注射位移；变量v_z为注射速度；变量P₁为液压压力；变量P₂为喷射压力；控制变量u定义为液压油进入注射缸的流量；且其中e(t)＝v_z(t)-v_d是注射速度跟踪误差，v_d为期望跟踪速度，k_P、k_I、k_D分别为PID控制器的比例、积分、微分前项系数；v₁₀为注油侧的油量；A₁为圆柱横截面积；β₁为液压流体体积模数；v₂₀：聚合物在桶内的体积；A₂为桶的横截面积；β₂为喷嘴体积弹性模量；M为执行器-螺杆组件的质量；Q_p为聚合物熔体流动速度；R_n为喷嘴半径；为聚合物熔体的幂律指数；η为聚合物粘度；k_r为螺杆半径与喷嘴半径之比；l₀为螺杆初始长度；

令其中，k＝[k_P k_I k_D]^T，且系统的初始条件均设定为0，即x(0)＝[0 0 0 0]^T，f(t，x(t)，k)为系统动态方程；

步骤二：根据灵敏度方法得出动态模型的灵敏度模型

步骤三：将动态模型和灵敏度模型视作目标函数的动态约束，基于梯度信息来求目标函数的极小值；

步骤四：步骤三中目标函数的极小值对应的待优化参数就是PID控制器的最优参数。

2.根据权利要求1所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法，其特征在于，目标函数J同时满足动态模型的和控制u_min≤u≤u_max的要求，将目标函数J定义为：

式中，v_z为注射速度；v_d为期望跟踪速度。

3.根据权利要求2所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法，其特征在于，在所述步骤二中，建立灵敏度模型的具体的流程为：

S2.1：定义一组新的变量Γ(t，k)，表示动态模型各个状态变量x＝[x₁ x₂ x₃ x₄]^T分别对应待优化参数k＝[k_P k_I k_D]^T的偏导函数；

S2.2：求出Γ(t，k)关于时间t的导数

S2.3：利用微分方程组构造出灵敏度模型

4.根据权利要求3所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法，其特征在于，变量变量Γ关于时间t的导数具体为：

式中，f(t，x(t)，k)为动态方程，x为动态模型状态变量，k为待优化参数；

由构成的方程组即为灵敏度模型

5.根据权利要求4所述的一种注塑机PID控制器的参数调控方法，其特征在于，在所述步骤三中，具体的流程为：

S3.1：将动态模型和灵敏度模型结合，得到一个扩充的常微分方程组；

S3.2：基于步骤S3.1的常微分方程组，建立目标函数J的优化参数k＝[k_P k_I k_D]^T的梯度信息

S3.3：根据完成的梯度信息基于梯度下降法的思想，利用非线性优化算法进行自动迭代寻优，使目标函数收敛到一个极小值。