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一種基于多階段控制的配料稱重控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于多階段控制的配料稱重控制方法，屬于稱重【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法將配料稱重過程劃分為三個(gè)階段，并采用不同的控制方式進(jìn)行控制，具體過程如下：第一階段：快速給料階段，當(dāng)實(shí)際下料量小于或等于第一階段重量值時(shí)，對任何物料都以同一恒定最大速度進(jìn)行快速配料；第二階段：精確稱量階段，采用常規(guī)PID控制器進(jìn)行控制；第三階段：預(yù)測落差階段，采用迭代學(xué)習(xí)控制方式進(jìn)行控制，計(jì)算給出的關(guān)閉提前控制量，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)給料速度。本發(fā)明較好的解決了物料配料稱重速度與精度相互矛盾的問題，同時(shí)本發(fā)明不依賴于料倉的料位變化和物料比重的隨機(jī)變化等，具有物料配料稱重速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于多階段控制的配料稱重控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于稱重【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于多階段控制的配料稱重控制方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在建材、水泥、冶金、醫(yī)藥、化工等行業(yè)中，都需對原料進(jìn)行稱重配料，因此稱重配料是以上行業(yè)生產(chǎn)過程的必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過程中原料是否嚴(yán)格按照規(guī)定的配料比(產(chǎn)品的各種原料重量值之比)進(jìn)行稱重，配料精度是否滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)指標(biāo)(組成產(chǎn)品的各種原材料重量值之比)是衡量企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。因此在配料過程中對所生產(chǎn)產(chǎn)品的每一種原料的重量值進(jìn)行控制就顯得尤為重要。如果在配料過程中稱重的精度達(dá)不到產(chǎn)品規(guī)定的要求，輕則造成原料、能源的浪費(fèi)，重則影響企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，更為嚴(yán)重的結(jié)果是因配料失誤會(huì)給整個(gè)生產(chǎn)線釀成安全等事故。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)下的原料稱重方法，其配料系統(tǒng)的給料速度與給料精度是相互矛盾的，加快給料的速度雖然可以縮短配料時(shí)間，但如果需要獲得較高的配料精度，就必須延長給料的時(shí)間。再則，切斷給料機(jī)電源，停止給料后，自給料機(jī)至稱量料斗中間的空中落料(落差)的大小最終會(huì)影響配料精度，即在相同的誤差率下，最終的落差值越大，給料的偏差就越大。落差值的大小受到給料機(jī)最后給料量的大小和給料機(jī)出料口到稱量系統(tǒng)高度的影響，給料機(jī)出料口到稱量系統(tǒng)的高度越高，落差值則越大，精度越不易控制。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有 的原料稱重方法難以同時(shí)提高原料稱重的速度精度，而且其最終精確度受到給料機(jī)停止后，自給料機(jī)至稱量料斗中間的空中落料量的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種用于物料配料稱重的多階段控制的控制方法，將配料稱重過程劃分為三個(gè)階段并采用不同控制方式的整體控制方法，提高稱重過程中的速度和精度。
[0006]一種基于多階段控制的配料稱重控制方法，將配料稱重過程劃分為三個(gè)階段，并采用不同的控制方式進(jìn)行控制，具體過程如下:
[0007]第一階段:快速給料階段，即設(shè)定稱重的總重量值和第一階段重量閾值，當(dāng)實(shí)際下料量小于或等于第一階段重量值時(shí)，對任何物料都以同一恒定最大速度進(jìn)行快速配料；
[0008]第二階段:精確稱量階段，即設(shè)定第二階段重量閾值，當(dāng)實(shí)際下料量大于第一階段重量閾值小于或等于第二階段重量閾值時(shí)，采用常規(guī)PID控制器進(jìn)行控制；
[0009]第三階段:預(yù)測落差階段，即當(dāng)實(shí)際下料量大于第二階段重量閾值小于總量值時(shí)，采用迭代學(xué)習(xí)控制方式進(jìn)行控制，計(jì)算給出的關(guān)閉提前控制量，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)給料速度。
[0010]進(jìn)一步的，第三階段所述采用迭代學(xué)習(xí)控制方式計(jì)算關(guān)閉提前控制量的具體步驟為:
[0011]2-1)設(shè)定第一次配料時(shí)的關(guān)閉提前控制量:
[0012]U0 = u' , u' e (O, R) (I)[0013]其中R為設(shè)定的稱重總重量值；在第一次配料時(shí)，稱重倉內(nèi)物料的實(shí)際重量值到達(dá)R-Utl時(shí)就提如關(guān)閉螺旋給料機(jī)；
[0014]2-2)當(dāng)空中物料全部下落到稱重倉之后，得到第一次配料的最終實(shí)際下料重量值W0 ;此時(shí)實(shí)際下料重量值與設(shè)定總重量值存在的誤差％表示為:
[0015]e0 = W0-R (2)
[0016]2-3)進(jìn)行第二次配料，且第二次配料時(shí)的關(guān)閉提前控制量U1:
[0017]U1 = u0+qe0 = u0+q (Wtl-R) (3)
[0018]其中，q(0〈q〈l)為加權(quán)學(xué)習(xí)因子；
[0019]2-4)得到第二次配料誤差:
[0020]G1 = W1-R (4)
[0021]其中，W1為第二次配料最終得到的實(shí)際配料重量值；
[0022]依次遞推，得到第k+l(k —)次配料時(shí)，給料機(jī)關(guān)閉提前控制量為uk，實(shí)際配料值為wk,則第k+Ι次配料誤差ek為:
[0023]ek = Wk-R (5)
[0024]2-5)采用迭代學(xué)習(xí)控制算法，給料機(jī)關(guān)閉提前量uk+1為:
[0025]uk+1 = uk+qek = uk+q (wk_R) (6)
[0026]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明通過將配料稱重過程劃分為三個(gè)階段并采用不同的控制方法進(jìn)行控制，較好的解決了物料配料稱重速度與精度相互矛盾的問題，同時(shí)本發(fā)明不依賴于料倉的料位變化和物料比重的隨機(jī)變化等，具有物料配料稱重速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0027]本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0029]圖1為物料配料稱重系統(tǒng)的多階段控制流程圖；
[0030]圖2為物料配料稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3為物料配料稱重過程動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖；
[0032]圖4為第二階段基于常規(guī)PID的配料稱重控制結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖5為第三階段基于迭代學(xué)習(xí)控制的配料稱重控制結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0035]圖2為本發(fā)明的物料配料稱重結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，從給料機(jī)到稱重倉之間有一段落差距離，將會(huì)導(dǎo)致稱重的精確度受到影響。
[0036]本發(fā)明一種基于多階段控制的配料稱重控制方法，將配料稱重過程劃分為三個(gè)階段，并采用不同的控制方式進(jìn)行控制，具體過程如下:
[0037]第一階段:快速給料階段，即設(shè)定稱重的總重量值和第一階段重量閾值，當(dāng)實(shí)際下料量小于或等于第一階段重量值時(shí)，對任何物料都以同一恒定最大速度進(jìn)行快速配料；
[0038]第二階段:精確稱量階段，即設(shè)定第二階段重量閾值，當(dāng)實(shí)際下料量大于第一階段重量閾值小于或等于第二階段重量閾值時(shí)，采用常規(guī)PID控制器進(jìn)行控制；
[0039]第三階段:預(yù)測落差階段，即當(dāng)實(shí)際下料量大于第二階段重量閾值小于總量值時(shí)，采用迭代學(xué)習(xí)控制方式進(jìn)行控制，計(jì)算給出的關(guān)閉提前控制量，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)給料速度。
[0040]圖1為物料配料稱重系統(tǒng)的多階段控制流程圖，圖3為物料配料稱重過程動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖，如圖1和圖3所示，設(shè)定此次稱重的總量R，第一階段重量閾值為yi，第二階段重量閾值為y2，設(shè)實(shí)際下料量為y。當(dāng)y < yi時(shí)，進(jìn)入第一階段，即快速給料階段，對于任何物料都以同一恒定最大速度進(jìn)行快速配料，以取得最大效率。用公式可表達(dá)為:u = umax，u代表實(shí)際給料速度，Umax代表最大給料速度。
[0041]當(dāng)yi < y < y2，進(jìn)入第二階段，即精確稱量階段。在這一階段如果實(shí)際給料速度過大則可能出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，直接導(dǎo)致下料失敗也就不會(huì)出現(xiàn)第三階段；若過小則影響效率，要求控制量在這一階段初期不產(chǎn)生超調(diào)情況下盡可能較大，以滿足效率。當(dāng)實(shí)際下料量快要達(dá)到第二階段閾值y2時(shí)要減小控制量，以減小落料差，提高配料精度。因此，需要對每種物料都確定合適的實(shí)際給料速度。這一階段通過常規(guī)PID控制器實(shí)現(xiàn)對物料的精確控制，用公式可表達(dá)為:即u = uPID, Upid代表PID控制器的控制速度。圖4為基于常規(guī)PID控制的控制結(jié)構(gòu)圖。
[0042]當(dāng)y2 < y < R，進(jìn)入第三階段，預(yù)測落差階段。此階段采用基于迭代學(xué)習(xí)的控制方法實(shí)現(xiàn)預(yù)落差階段的給料控制，圖5為基于迭代學(xué)習(xí)的配料稱重控制結(jié)構(gòu)圖，參照圖3給定期望實(shí)際下料量軌跡yd(t)，再尋找輸入控制量uk(t)，使得在該控制作用下，實(shí)際配料重量在[t0, tl]上與 yd(t) 一致。
[0043]每次配料過程中，輸入控制量Uk(t)選為給料機(jī)關(guān)閉提前控制量，當(dāng)稱重倉中的物料重量到達(dá)預(yù)先設(shè)定的重量時(shí)立即提前關(guān)閉，從而使空中余料完全落入稱重倉后的最終實(shí)際配料重量值與設(shè)定重量值一致或在允許偏差范圍之內(nèi)。
[0044]關(guān)閉提前控制量的初始值為:
[0045]U0 = U，，U，e (O, R) (I)
[0046]式(I)中，U。一般取R值的30%，第一次配料時(shí)，稱重倉內(nèi)物料的實(shí)際重量值到達(dá)R-U0時(shí)就提前關(guān)閉給料機(jī)。當(dāng)空中物料全部下落到稱重倉之后，得到最終的原料配料重量值％。此時(shí)利用實(shí)際配料重量值與設(shè)定原料稱重量值存在的誤差:
[0047]e0 = W0-R (2)
[0048]則生成新的關(guān)閉提前控制量為:
[0049]U1 = u0+qe0 = u0+q (Wtl-R) (3)
[0050]式(3)中，q，(0<q< I)為加權(quán)學(xué)習(xí)因子；則第二次次配料過程中，按U1作為給料機(jī)的提前關(guān)閉值，此時(shí)可以得到第二次配料誤差:
[0051]e! = W1-R (4)
[0052]式(4)中，W1為第二次配料最終得到的實(shí)際配料重量值；
[0053]依次遞推，可以得到第k+Ι次配料時(shí)，實(shí)際配料值為wk，則第k+Ι次配料誤差ek為:[0054]ek = wk-R (5)
[0055]采用迭代學(xué)習(xí)控制算法，給料機(jī)關(guān)閉提前量uk+1為:
[0056]uk+1 = uk+qek = uk+q (wk_R) (6)
[0057]在迭代學(xué)習(xí)控制算法過程中，當(dāng)ek〈0時(shí)，負(fù)向迭代，迭代的結(jié)果是Uk變小；而ek>0時(shí)，貝1J正向迭代，迭代的結(jié)果是uk變大；當(dāng)R>wk時(shí)，ek〈0,可得到:R-wk ≤ uk,則:
[0058]uk+1 = uk+qek = uk+q(wk_R) ≥ uk_uk = 0 (7)
[0059]由式(7)知，負(fù)向迭代時(shí)，控制量u都是大于零的，但是會(huì)變小；當(dāng)R〈wk時(shí)，ek>0,可得到:R-wk≥ uk，則正向迭代，結(jié)果是uk變大，此時(shí)要進(jìn)行限值控制，邊界控制需保證:0< uk < R0
[0060]迭代學(xué)習(xí)控制方法證實(shí)，設(shè)配料稱重控制系統(tǒng)每次重復(fù)訓(xùn)練時(shí)都滿足初始條件ek(0) = 0，當(dāng)k —c?，即當(dāng)訓(xùn)練的次數(shù)足夠多時(shí)，可實(shí)現(xiàn)配料稱重重量值的實(shí)際輸出逼近期望輸出，即:
[0061]\ek\^JR
[0062]Je為物料的配料精度百分比。從而，每次配料時(shí)就可以用上次修正后的給料機(jī)提前關(guān)閉控制量來進(jìn)行給料機(jī)的預(yù)測關(guān)閉。如此反復(fù)訓(xùn)練，可以使給料機(jī)關(guān)閉提前量不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)給料機(jī)關(guān)閉后稱重倉內(nèi)的物料重量值非常逼近配料重量給定值。
[0063]本發(fā)明通過將物料配料稱重過程劃分為三個(gè)控制階段，其學(xué)習(xí)控制規(guī)律簡單，不但具有較好的實(shí)時(shí)性，而且對干擾和系統(tǒng)模型的變化具有一定的魯棒性，較好的解決了在配料稱重過程中因落差原因?qū)е碌姆Q重精度不高。同時(shí)又通過不同的控制方法實(shí)現(xiàn)不同階段的給料機(jī)控制，從而很好的解決了因精度與速度相互矛盾的問題。
[0064]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多階段控制的配料稱重控制方法，其特征在于，將配料稱重過程劃分為三個(gè)階段，并采用不同的控制方式進(jìn)行控制，具體過程如下: 第一階段:快速給料階段，即設(shè)定稱重的總重量值和第一階段重量閾值，當(dāng)實(shí)際下料量小于或等于第一階段重量值時(shí)，對任何物料都以同一恒定最大速度進(jìn)行快速配料； 第二階段:精確稱量階段，即設(shè)定第二階段重量閾值，當(dāng)實(shí)際下料量大于第一階段重量閾值小于或等于第二階段重量閾值時(shí)，采用常規(guī)PID控制器進(jìn)行控制； 第三階段:預(yù)測落差階段，即當(dāng)實(shí)際下料量大于第二階段重量閾值小于總量值時(shí)，采用迭代學(xué)習(xí)控制方式進(jìn)行控制，計(jì)算給出的關(guān)閉提前控制量，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)給料速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多階段控制的配料稱重控制方法，其特征在于:第三階段所述采用迭代學(xué)習(xí)控制方式計(jì)算關(guān)閉提前控制量的具體步驟為: 2-1)設(shè)定第一次配料時(shí)的關(guān)閉提前控制量: U0 = U，，U，e (O, R) ? 其中R為設(shè)定的稱重總重量值；在第一次配料時(shí)，稱重倉內(nèi)物料的實(shí)際重量值到達(dá)R-U0時(shí)就提前關(guān)閉螺旋給料機(jī)； 2-2)當(dāng)空中物料全部下落到稱重倉之后，得到第一次配料的最終實(shí)際下料重量值Wtl ；此時(shí)實(shí)際下料重量值與設(shè)定總重量值存在的誤差％表示為:e0 = W0-R (2) 2-3)進(jìn)行第二次配料，且第二次配料時(shí)的關(guān)閉提前控制量U1:
U1 = u0+qe0 = u0+q (Wc1-R) (3) 其中，q(0〈q〈l)為加權(quán)學(xué)習(xí)因子； 2-4)得到第二次配料誤差: θ! = W1-R (4) 其中，W1為第二次配料最終得到的實(shí)際配料重量值； 依次遞推，得到第k+1 (k--)次配料時(shí)，給料機(jī)關(guān)閉提前控制量為uk，實(shí)際配料值為wk，則第k+Ι次配料誤差ek為:ek = wk-R (5) 2-5)采用迭代學(xué)習(xí)控制算法，給料機(jī)關(guān)閉提前量uk+1為: uk+1 = uk+qek = uk+q (wk-R) (6)。
【文檔編號(hào)】G01G19/38GK103968924SQ201410230888
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】林景棟, 鄭治迦, 王珺珩, 馬寧, 吳芳, 韓沖, 周宏波, 徐大發(fā) 申請人:重慶大學(xué)