[发明专利]一种聚酯短纤维生产过程中拉伸环节的去伪控制方法

摘要

本发明涉及一种聚酯短纤维生产过程中拉伸环节的去伪控制方法，初生纤维在经过集束环节形成工艺规定粗度的大股丝束后喂入集束拉伸机，集束拉伸机的纤维拉伸时的速度和温度采用去伪控制的速度‑温度耦合控制方法。在数据驱动的基础上，引入去伪控制算法对拉伸环节进行控制，该算法在候选控制器集合基础上，计算虚拟参考信号，根据性能指标辨识出当前采样时刻的非伪控制器，与其他数据驱动控制方法相比，去伪控制使系统具有较好的瞬时响应性能，还能够维持闭环系统的稳定性。根据去伪控制得到的非伪控制器参数，对其进行差分进化优化，经过差分变异、交叉和选择操作后，再将改进后的非伪控制器切换至闭环控制回路，可达到更好的控制效果。

主权项

1.一种聚酯短纤维生产过程中拉伸环节的去伪控制方法，其特征是：所述拉伸环节中的拉伸方式为两级拉伸工艺，对于两级拉伸工艺中的第二拉伸辊与定型辊之间的二级拉伸环节，其纤维拉伸时的速度和温度采用去伪控制的速度‑温度耦合控制方法，具体控制步骤为：(1)初始条件：a、初始输入：速度实际输出y1(k)在采样时刻1～3的值y1(1)～y1(3)；温度实际输出y2(k)在采样时刻1～3的值y2(1)～y2(3)；速度非伪控制器输出u1(k)在采样时刻1～2的值u1(1)～u1(2)；温度非伪控制器输出u2(k)在采样时刻1～2的值u2(1)～u2(2)；b、初始化：速度期望输出y1*(k)，初始化时将其设定为常值a，即为实际生产过程需要的速度目标值，在任何采样时刻k，y1*(k)＝a；温度期望输出y2*(k)，初始化时将其设定为常值b，即为实际生产过程需要的温度目标值，在任何采样时刻k，y2*(k)＝b；对速度‑温度耦合控制系统进行PID参数工程整定，得到X组PID参数：比例系数KP候选值，从X组PID参数中提取出KP值，共有l个不同的取值：KP₁,KP₂,...,KP_l；积分系数KI候选值，从X组PID参数中提取出KI值，共有m个不同的取值：KI₁,KI₂,...,KI_m；微分系数KD候选值，从X组PID参数中提取出KD值，共有n个不同的取值：KD₁,KD₂,...,KD_n；在初始化中每次分别从l个比例系数KP候选值、m个积分系数KI候选值以及n个微分系数KD候选值中各自按序选择一个候选值组成一组候选控制器参数，将每组候选控制器参数依次赋值到一个矩阵的相应行，组成一个候选控制器集合矩阵：其中，N＝l×m×n，则排列组合后有N组候选控制器参数，最终形成一个N×3矩阵，即候选控制器集合矩阵为一个N×3矩阵；形成的候选控制器集合矩阵中，KP_i为第i组控制器的KP参数值，KI_i为第i组控制器的KI参数值，KD_i为第i组控制器的KD参数值；速度误差e1(k)，为任一采样时刻k速度期望输出y1*(k)与速度实际输出y1(k)之间的差值，即：e1(k)＝y1*(k)‑y1(k)；温度误差e2(k)，为任一采样时刻k温度期望输出y2*(k)与温度实际输出y2(k)之间的差值，即：e2(k)＝y2*(k)‑y2(k)；(2)在采样时刻k，结合候选控制器集合矩阵中每组候选控制器的参数，分别计算出相应的速度和温度虚拟参考信号和计算公式如下：其中，k≥2且k取正整数；e1(k‑1)为k‑1时刻纤维的速度误差；e1(k‑2)为k‑2时刻纤维的速度误差；e2(k‑1)为k‑1时刻纤维的温度误差；e2(k‑2)为k‑2时刻纤维的温度误差；u1(k‑1)为k‑1时刻纤维的速度非伪控制器输出；u2(k‑1)为k‑1时刻纤维的温度非伪控制器输出；(3)在采样时刻k，计算候选控制器集合矩阵中每组候选控制器参数的速度和温度性能指标J1(i,k)和J2(i,k)，计算公式如下：其中，β为常数；τ是在0～k之间的任意一个采样时刻；u1(τ)为τ时刻速度非伪控制器输出；u2(τ)为τ时刻温度非伪控制器输出；为τ时刻第i组控制器的速度虚拟参考信号；为τ时刻第i组控制器的温度虚拟参考信号；y1(τ)为τ时刻的速度实际输出；y2(τ)为τ时刻的温度实际输出；(4)在采样时刻k，比较候选控制器矩阵中所有组候选控制器参数相应的速度性能指标J1(i,k)，使得速度性能指标最小的一组相应序号记为速度非伪控制器序号也是候选控制器参数对应在候选控制器集合矩阵中的行号：在采样时刻k，比较候选控制器矩阵中所有组候选控制器参数相应的温度性能指标J2(i,k)，使得温度性能指标最小的一组相应序号记为温度非伪控制器序号也是候选控制器参数对应在候选控制器集合矩阵中的行号：(5)滞后切换：当时，即在当前采样时刻k相应的最小速度性能指标值min(J1(i,k))与前采样时刻k‑1的速度非伪控制器器序号的当前采样时刻性能指标之间的差值小于等于滞后切换阈值e时，拉伸机的速度非伪控制器序号和前一采样时刻的相同，仍然采用前一采样时刻的速度非伪控制器序号；当时，即在当前采样时刻k相应的最小速度性能指标值min(J1(i,k))与前采样时刻k‑1的速度非伪控制器器序号的当前采样时刻性能指标之间的差值大于滞后切换阈值e时，拉伸机的速度非伪控制器序号为当前采样时刻速度性能指标最小的一组相应序号，采用当前采样时刻的最小性能指标值对应的速度非伪控制器序号；当时，即在当前采样时刻k相应的最小温度性能指标值min(J2(i,k))与前采样时刻k‑1的温度非伪控制器器序号的当前采样时刻性能指标之间的差值小于等于滞后切换阈值e时，温度非伪控制器序号和前一采样时刻的相同，仍然采用前一采样时刻的温度非伪控制器序号；当时，即在当前采样时刻k相应的最小温度性能指标值min(J2(i,k)与前采样时刻k‑1的温度非伪控制器器序号的当前采样时刻性能指标之间的差值大于滞后切换阈值e时，温度非伪控制器序号为当前采样时刻速度性能指标最小的一组相应序号，采用当前采样时刻的最小性能指标值对应的温度非伪控制器序号；(6)根据得到的非伪控制器序号和对应在候选控制器集合矩阵中的行号，得到相应的候选控制器参数，从而得到相应的速度非伪控制器和温度非伪控制器其中：为候选控制器集合矩阵中第行第一列的KP值；为候选控制器集合矩阵中第行第二列的KI值；为候选控制器集合矩阵中第行第三列的KD值；为候选控制器集合矩阵中第行第一列的KP值；为候选控制器集合矩阵中第行第二列的KI值；为候选控制器集合矩阵中第行第三列的KD值；(7)根据步骤(6)中得到的速度非伪控制器和温度非伪控制器得到采样时刻k的速度非伪控制器输出u1(k)和温度非伪控制器输出u2(k)如下，其中，k＞3；(8)根据速度‑温度控制系统，得到采样时刻k的速度实际输出y1(k)和温度实际输出y2(k)，计算公式如下：y1(k)＝0.001273·y1(k‑1)+0.9987·u1(k‑3)+0.9987·u2(k‑6)；y2(k)＝0.001273·y2(k‑1)‑6.4817·u1(k‑3)+1.4981·u2(k‑6)；其中，k＞3；y1(k‑1)是采样时刻k‑1的速度实际输出；y2(k‑1)是采样时刻k‑1的温度实际输出；u1(k‑3)是采样时刻k‑3的速度非伪控制器输出；u2(k‑6)是采样时刻k‑6的温度非伪控制器输出；(9)若当前采样时刻k＜TotalTime，其中的TotalTime为总采样时间，则k＝k+1，开始下一采样时刻的去伪控制，重复上述步骤中的(2)～(8)；否则，结束聚酯短纤维生产过程中拉伸环节的速度‑温度去伪控制过程。