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ENGLISH0755-88840386基于RBF-PID的多功能包裝機(jī)熱封溫度控制
發(fā)布時(shí)間：2020-05-25 14:00:09 |來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
1.引言
包裝機(jī)的封口溫度是影響產(chǎn)品包裝質(zhì)量的主要因素，當(dāng)熱封裝置的加熱板溫度處于包裝材料封口最佳溫度時(shí)，產(chǎn)品包裝的封口質(zhì)量最好[1]。由于熱封裝置的溫度升/降溫速率大和熱量傳遞慣性大的特性，加之外界干擾因素和執(zhí)行器電壓波動(dòng)影響，很難建立多功能包裝機(jī)熱封溫度控制系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型[2]。所以，采用傳統(tǒng)PID控制器對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜的包裝機(jī)熱封裝置的溫度進(jìn)行控制很難得到良好的應(yīng)用效果。
PID控制器是通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)檢測(cè)誤差量進(jìn)行比例、積分、微分邏輯運(yùn)算后疊加輸出控制信號(hào)，其因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制過(guò)程，但因控制參數(shù)不能自整定，很難適應(yīng)具有時(shí)變性、非線性和滯后性的復(fù)雜控制系統(tǒng)，所以PID控制器的性能優(yōu)劣關(guān)鍵在于PID三個(gè)參數(shù)的整定[3]。RBF（Radial Basis Function，徑向基）具有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力、非線性映射能力和無(wú)限逼近任意函數(shù)的能力。通過(guò)RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID控制器進(jìn)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，構(gòu)建RBF的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用其自學(xué)習(xí)和無(wú)限逼近任意函數(shù)的能力對(duì)PID控制器的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)，改變P（比例）、I（積分）、D（微分）三個(gè)參數(shù)的作用的強(qiáng)弱，使PID控制能具有調(diào)節(jié)復(fù)雜控制系統(tǒng)的能力。本文設(shè)計(jì)基于RBF-PID控制器的多功能包裝機(jī)熱封裝置溫度控制，提高溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。并運(yùn)用MATLAB軟件驗(yàn)證基于RBF-PID的多功能包裝機(jī)熱封裝置溫度控制系統(tǒng)的魯棒性、抗干擾能力。
2.包裝機(jī)工作流程及熱封原理
多功能包裝機(jī)是在一臺(tái)包裝設(shè)備上能夠完成多個(gè)以上的包裝工序的設(shè)備，其能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)制袋、稱(chēng)量、充填、封口和切斷的功能[4]。多功能包裝機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，主要包括橫封裝置、包材送料裝置、縱封裝置、翻領(lǐng)成型器、包裝薄膜、稱(chēng)重裝置及定位裝置等。包裝材料的熱封是利用加熱封頭將包裝材料加熱熔化成熔融狀態(tài)，在熱封裝置的外在壓力作用下粘結(jié)為一體，冷卻后具有一定粘合強(qiáng)度。
包裝材料被包材供送裝置經(jīng)自動(dòng)糾偏裝置調(diào)整后送達(dá)成型器，包裝材料被翻領(lǐng)成型器成型卷成筒狀后，包裝機(jī)縱封裝置以設(shè)定的溫度對(duì)包裝材料進(jìn)行燙邊封口，在此之前橫封裝置已經(jīng)完成上一個(gè)包裝袋的頂封和下一個(gè)包裝袋的底封，于此同時(shí)，稱(chēng)重機(jī)構(gòu)已完成產(chǎn)品稱(chēng)重并將物料填充至包裝材料內(nèi)。包裝材料在牽引裝置的作用下繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)到達(dá)橫封裝置位置，橫封裝置完成包裝袋頂封和切斷工作，然后進(jìn)行產(chǎn)品包裝的質(zhì)量檢測(cè)，剔除次品，輸送出合格產(chǎn)品。其中，產(chǎn)品的填充及包裝袋橫封、切斷包裝機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，工程技術(shù)人員需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)不斷調(diào)試PID控制器的KP、KI、KD參數(shù)值以獲得最優(yōu)控制[6]。多功能包裝機(jī)熱封溫度控制系統(tǒng)受到多種因素和溫度傳遞的滯后性影響，僅是人為的調(diào)整PID參數(shù)值，很難獲得良好的控制效果，況且人工在線調(diào)整容易造成系統(tǒng)震蕩引起生產(chǎn)事故，所以多功能包裝機(jī)PID熱封溫度控制系統(tǒng)的控制效果，關(guān)鍵在于如何使PID三個(gè)參數(shù)進(jìn)行自整定。
2.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)其是包含輸入層、隱含層、輸出層的3層前饋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[7,8]。由于RBF隱含層函數(shù)是高斯函數(shù)，其值在輸入空間有限范圍內(nèi)非零，所以具有局部逼近功能，又因?yàn)檩斎雽拥诫[含層為非線性映射，隱含層到輸出層是映射函數(shù)，從而具有較快的學(xué)習(xí)速率和避免陷入局部極小的能力,由此可見(jiàn)，包裝機(jī)熱封裝置的溫度控制精度決定值產(chǎn)品的包裝質(zhì)量。
- 結(jié)論
針對(duì)多功能包裝機(jī)熱封溫度控制系統(tǒng)具有非線性和時(shí)滯性，導(dǎo)致包裝材料燒穿或熱封強(qiáng)度過(guò)低，引起包裝質(zhì)量不合格的問(wèn)題，提出一種基于RBF-PID的包裝機(jī)熱封溫度系統(tǒng)。文中利用FBR的自我學(xué)習(xí)能力對(duì)PID控制器的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)調(diào)整，避免了因固定參數(shù)不能適應(yīng)于復(fù)雜的控制環(huán)境，提高了溫度控制精度。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行顯示，溫度波動(dòng)幅度較小，能夠控制在±1.8℃， 溫度控制精度在1.5%以?xún)?nèi)，將該系統(tǒng)應(yīng)用于包裝機(jī)熱封溫度控制系統(tǒng)中，能夠提高溫度控制精度和產(chǎn)品質(zhì)量， 具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
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