刨花板施胶过程自抗扰控制策略研究

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随着我国刨花板产能的增加和施胶技术的发展,对刨花板施胶控制系统提出了越来越高的要求。刨花板施胶过程是一个复杂的控制过程,在实际生产中不同程度的参数不确定性和不可预测的外界干扰是不可避免的,而干扰对于刨花与施胶量的准确配比,施胶的均匀性和产品质量的影响是不容忽视的,这使得刨花板施胶控制系统设计成为施胶技术领域的关键之一。自抗扰控制方法具有不依赖被控对象模型参数的特点,将模型参数的不确定性以及外部干扰看成总扰动进行实时的估计和补偿,受到国内外学者和工程界的广泛关注。本文将自抗扰控制方法应用到刨花板施胶过程中,旨在提高施胶控制系统的抗扰动性、动态特性、控制精度等方面的性能,主要研究工作如下:在深入研究前人工作的基础上,揭示了施胶过程中的不确定因素及干扰来源,对刨花板施胶过程的主要环节施胶泵的控制方式和工作特性进行分析,分析表明施胶泵工作点的变化将引起出口压力的变化,在变频恒压控制方式下施胶泵出口压力存在脉动,影响输出胶黏剂的稳定性和控制精度,且由于环境和设备本身特性,使模型参数具有不确定性,构建了施胶系统的数学模型。针对刨花板施胶过程模型的不确定性和未知外加干扰问题,提出一种刨花板施胶自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)策略。采用最速综合函数fhan()设计了跟踪微分器(Trace Differentiator,TD),采用fal()函数设计了扩张状态观测器((Extended State Observer,ESO),并对其收敛性进行证明,应用稳定性理论对闭环系统进行稳定性分析;分析了自抗扰控制器参数选取对控制系统性能的影响,结合经验法整定出自抗扰控制器的参数;仿真结果表明,所提方法能够提高系统的抗扰性能。针对刨花板施胶控制系统收敛速度问题,提出一种非奇异终端滑模控制自抗扰控制策略。设计了非奇异终端滑模自抗扰控制器,研究了非奇异滑模控制律快速收敛和抖振问题,结合双幂次趋近律并引入φ(s)函数对控制律进行改进,设计了滑模扩张状态观测器,应用Lyapunov函数法证明了系统的渐进稳定性;针对需要整定参数较多问题,分析惯性权值对粒子群算法的全局搜索能力和局部开发能力的影响,用粒子的全局最优适应度和局部最优适应度平均值的比值确定惯性权值,优化控制器参数整定的效果。通过仿真实验验证了该方法的有效性。针对刨花板施胶系统的控制精度问题,提出分数阶PIλDμ-自抗扰控制控制策略,设计了分数阶PIλDμ-自抗扰控制器,分析了分数阶PIλDμ控制律参数选取对系统动态性能的影响;针对实际生产中时滞性问题,提出了输入延迟的分数阶PIλDμ-自抗扰控制控制方法;针对参数整定问题,采用惯性权重的多样性增强机制和突变阈值策略对自适应粒子群算法进行改进,进而对分数阶PIλDμ-自抗扰控制系统参数进行优化。通过仿真分析验证所提控制策略的有效性。
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