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专利号: 2022112944244
申请人: 东北林业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可干预的MDF连续平压三支决策协同控制方法,在MDF连续热压机的动力单元为阵列的液压缸组,液压缸组驱动热压板,实现MDF连续热压成型,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1、定义MDF连续热压机中液压缸阵列的分布式粒结构模型,具体是:将MDF连续热压机中单终端动力执行单元和板坯粘弹性模型以“单个粒结构单元”的形式进行表示,每个“单个粒结构单元”均包括电流伺服阀(1)、液压控制阀(2)、液压缸(3)、热压板(4)、传感器(5)和决策控制器(6),其中液压缸(3)的输出端安装有热压板(4),传感器(5)采集信号后传输给决策控制器(6),决策控制器(6)进行决策运算输出指令信号给电流伺服阀(1)与液压控制阀(2),用于驱动液压缸(3)运动;

板坯粘弹性模型为:

公式中,ε表示板坯弹性形变量,σ表示弹性应力,E为弹簧刚度,η1为胶的固化作用量,η2为热质传递作用量,表示板坯弹性形变量的导数,表示板坯弹性形变量的二阶导数,表示弹性应力的导数,表示弹性应力的二阶导数;

步骤S2、依据液压缸阵列的分布式粒结构模型,进行粒结构决策控制器设计;

步骤S3、给出粘弹性的胶和作用和热质传递多场耦合的作用下的位置和压力间的输出与粘弹性模型之间的关系,具体为:式中,fu1(x)表示初始状态下的函数,gu1(x)表示初始状态下的传递函数,u01表示初始状态下的压力值,fu2(x)表示稳定状态下的函数,gu2(x)表示稳定状态下的传递函数,u02为稳定状态下的压力值,Ts表示当前的时间,η1表示胶的固化作用量,η2为热质传递的状态量;

步骤S4、针对MDF连续平压过程偏差类型进行判定,构建三支决策模型;

步骤S5、根据步骤S4构建的三支决策模型,进行控制器设计,控制器设计在任务划分的基础上,建立层次协同控制模型,根据控制任务生成生产线层和机架层协同控制粒信息,并启动相应的层次协同控制机制处理控制信息,通过互协同控制模式设定生产线层次内各机架或机架层次各液压缸的动作类型、控制方式,实现各层次内各动力单元的协同动作,消除MDF连续平压生产中出现的偏差。

2.根据权利要求1所述的一种可干预的MDF连续平压三支决策协同控制方法,其特征在于:所述步骤S2中依据液压缸阵列的分布式粒结构模型,进行粒结构决策控制器设计,具体是:对于MDF连续热压机的位移控制系统,Derror表示液压缸作用面的当前位置与设定的板厚之间的差值,对于MDF连续热压机的静载压力控制系统,Derror表示液压缸当前输出压力与设定压力之间的差值,控制器的任务是使系统从不稳定状态达到稳定状态g=0,使Derror和Perror均趋近于0,满足方程:式中,表示干预量的导数,g为系统板材质量控制过程的干预量,T表示系统达到g=0的收敛时间。

3.根据权利要求1所述的一种可干预的MDF连续平压三支决策协同控制方法,其特征在于:所述步骤S4中,决策控制器的模型输出方式采取以下三种形式:第一种形式:位置‑位置输出,主动端子Master和从属端子Slave在同一输入下同时输出不同的物理量,Master端子输出位移,Slave端子根据Master端子位置传感器位置联动输出;

第二种形式:压力‑压力输出,主动端子Master和从属端子Slave在同一输入下同时输出不同的物理量,Master端子输出压力,Slave端子根据Master端子压力传感器进行压力随动输出;

第三种形式:位置‑压力输出模式,主动端子Master和从属端子Slave在同一输入下同时输出不同的物理量,Master端子输出位移,Slave端子根据Master端子位置传感器所伴随的部分压力传感器进行压力输出。

4.根据权利要求1所述的一种可干预的MDF连续平压三支决策协同控制方法,其特征在于:所述步骤S5中,互协同控制模式的连续平压分布式协同间的液压状态方程由粒子信息表示,其系统的状态方程为:式中

其中,FL主要来源于板坯内部的变化蒸汽压力,βe为油液弹性模量、a2和a3为液压缸总泄露系数,KJ表示负载的弹性刚度,Bp为粘弹性阻尼系数,AP为活塞产生压力下的有效面积,pL为单位面积的液压推动力;u为控制电压,Ct为液压缸总泄露系数;Vt为液压缸油腔总容积,kp为放大器放大系数,ksv为伺服阀增益,cd为滑阀口流量系数,ρ为液压油密度,xv为伺服阀芯位移,M为活塞及负载折算到活塞上的总质量;ps表示为S状态下的压力值;

对MDF连续热压过程中的分布式协同控制进行分析,单组压缸中,两个压缸之间粒结构状态模型如下所示:

式中,x1、x2、x3代表分布式控制中压缸运动的状态,PL代表压缸压力,pL为单位面积的液压推动力,xv为伺服阀芯位移,xM、zM代表着单粒结构采用Master模式下的位置状态输出,xS、zS代表着单粒结构采用Slave模式下的位置状态输出,Master与Slave共同作用实现主从间的协同控制,g为干预量,η1表示胶的固化作用量,η2为热质传递的状态量,A为活塞的有效面积;

公式(6)和公式(7)表示两个单缸粒结构间的协同方式及位置压力的输出,两组或多组压缸之间组框架间的压缸粒结构协同间的主从结构为:式中,g为干预量,η1表示胶的固化作用量,η2为热质传递的状态量,D表示平压过程的位移量,L表示主动控制的部分‑Leader是领导者,F表示从动控制的部分‑Follower是跟随者,xL、zL代表着采用压缸组框架在Leader模式下的位置状态输出,xF、zF代表着压缸组框架在采用Follower模式下的位置状态输出,Leader与Follower协同作用实现主从压缸组框架间的协同控制,使从动压缸组框架粒结构更好的配合主缸压缸组框架粒结构的位置联动。

5.一种可干预的MDF连续平压三支决策协同控制系统,其特征在于:包括上位机、厚度检测传感单元、偏差等级分析及动力执行单元及MDF连续热压机的动力单元,其中:上位机,用于设定MDF连续平压机工作位移值;

厚度检测传感单元,用于检测MDF生产过程中“中密度纤维板”的厚度值;

偏差等级分析及动力执行单元,用于接收MDF生产过程中液压缸状态及动作参数、厚度检测值和上位机设定的工艺参数,并计算粒结构偏差等级,生成偏差控制决策;

MDF连续热压机的动力单元,根据生成的偏差控制决策调整控制模式,消除MDF生产过程中产生的偏差;

其中,偏差等级分析及动力执行单元,接收MDF生产过程中液压缸状态及动作参数、厚度检测值和上位机设定的工艺参数,并计算粒结构偏差等级,生成偏差控制决策的具体方法是:步骤S1、定义MDF连续热压机中液压缸阵列的分布式粒结构模型,具体是:将MDF连续热压机中单终端动力执行单元和板坯粘弹性模型以“单个粒结构单元”的形式进行表示,每个“单个粒结构单元”均包括电流伺服阀(1)、液压控制阀(2)、液压缸(3)、热压板(4)、传感器(5)和决策控制器(6),其中液压缸(3)的输出端安装有热压板(4),传感器(5)采集信号后传输给决策控制器(6),决策控制器(6)进行决策运算输出指令信号给电流伺服阀(1)与液压控制阀(2),用于驱动液压缸(3)运动;

板坯粘弹性模型为:

公式中,ε表示板坯弹性形变量,σ表示弹性应力,E为弹簧刚度,η1为胶的固化作用量,η2为热质传递作用量,表示板坯弹性形变量的导数,表示板坯弹性形变量的二阶导数,表示弹性应力的导数,表示弹性应力的二阶导数;

步骤S2、依据液压缸阵列的分布式粒结构模型,进行粒结构决策控制器设计;

步骤S3、给出粘弹性的胶和作用和热质传递多场耦合的作用下的位置和压力间的输出与粘弹性模型之间的关系,具体为:式中,fu1(x)表示初始状态下的函数,gu1(x)表示初始状态下的传递函数,u01表示初始状态下的压力值,fu2(x)表示稳定状态下的函数,gu2(x)表示稳定状态下的传递函数,u02为稳定状态下的压力值,Ts表示当前的时间,η1表示胶的固化作用量,η2为热质传递的状态量;

步骤S4、针对MDF连续平压过程偏差类型进行判定,构建三支决策模型;

步骤S5、根据步骤S4构建的三支决策模型,进行控制器设计,控制器设计在任务划分的基础上,建立层次协同控制模型,根据控制任务生成生产线层和机架层协同控制粒信息,并启动相应的层次协同控制机制处理控制信息,通过互协同控制模式设定生产线层次内各机架或机架层次各液压缸的动作类型、控制方式,实现各层次内各动力单元的协同动作,消除MDF连续平压生产中出现的偏差。

6.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的一种可干预的MDF连续平压三支决策协同控制方法。