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單神經元PID算法在包裝機溫控係統中的應用

發布時間:2020-08-03 11:32:19 |來源:網絡轉載

  1. 引言

 

包裝機,是指將具有熱塑特性的塑料複合膜經加熱軟化製成包裝容器,在一台設備上自動完成製袋成型、填充物料、封合剪切等全過程的自動包裝設備[1-3]。塑料複合膜必須加熱到一定的溫度才能軟化,所以包裝機控製器必須把加熱設備的溫度控製在很小範圍內。雖然現在已經有很多專用的溫控模塊,但其價格往往很高,為了節約成以往的溫度控製方式大多是數字PID控製數字PID控製是一種采樣控製它是根據采樣時刻的偏差值來計算控製量的由於數字PID控製具有技術成熟結構靈活不需要預先確定被控對象的數學模型以及控製效果好等優點它廣泛應用於冶金、機電、化工等行業4-5但數字PID控製需要預先整定三個參數對於溫度控製係統而言由於溫度的變化緩慢調試起來比較繁瑣經元具有自K8凯发大酒店天生赢家自適應結構簡單、計算量小等。

包裝機溫度控製係統框圖

 

圖1包裝機溫度控製係統框圖

由於圖1中的K型熱電偶所測溫度對應的電壓信號是小信號,故需要在包裝機控製器中設

ukKΣwkxk (2) 監督的bK8凯发大酒店天生赢家規則

K8凯发大酒店天生赢家規則是修正神經元之間的連接強度或加權係數的算法,使獲得的知識結構適應周圍環境的變化。單神經元控製器的自適應功能是通過K8凯发大酒店天生赢家改變連接權值來實現的。K8凯发大酒店天生赢家算法就是調整連接權值w的規則,它是單神經元控製器的核心,並反映了其K8凯发大酒店天生赢家的能力。

將無監督的ebK8凯发大酒店天生赢家規則和有監督的ltK8凯发大酒店天生赢家規則兩者結合起來就組成有監督的HebbK8凯发大酒店天生赢家規則11,即:

Δwijηdikoikoikojk(3

單神經元自適應PID控製結構圖

 

圖3單神經元自適應PID控製結構

單神經元自適應PID控製器的結構如圖單神經元自適應PID控製器是通過對加權係數的調整來實現自適應自組織功能的,權係數的調整是按有監督的HebbK8凯发大酒店天生赢家規則實現的12

製算法為

計放大電路,將小信號電壓放大到轉換器能K8凯发大酒店天生赢家算法為:wpkwkwkηpzkukxk

(5)

wkwkwkηzkukxk

(6)

wDkwkwkηDzkukxk

(7)比例積分微分的自適應K8凯发大酒店天生赢家速率分別設定4、05、04。當神經元的比例係數K取值較小時,溫度緩慢上升,uk在032767之間緩慢上,當溫度達到設定溫度後uk並沒有下降直到溫度大於設定溫度時,控製量uk才下降由於

取值較小,uk變化緩慢,導致溫度超調過大,因此

wyk wk 溫度會在很長時間後才會穩定下來;而K取值較

wk大時,由於溫度偏差太大,控製器自適應K8凯发大酒店天生赢家,導致

式中,zkekTdTk),xkek

ekxkekxkΔekekuk在032767之間反複變化,當占空比較大時,會加熱封刀而當占空比較小時就會導致溫度的

ekekηpηηD分別為比例分、微分的K8凯发大酒店天生赢家速率,K為神經元的比例係數,K0。對比例P、積分I和微分D分別采用了不同的K8凯发大酒店天生赢家速率ηPηηD以便對不同的權係數進行調整。

  1. 試驗測試

將單神經元自適應PID溫控算法移植到包裝機控製器MC56F8037中,實時在線采集封刀或捏紙輪加熱管處的溫度並將其發送到觸摸屏實時顯示溫度上下限設定為±℃,如果封刀或捏紙輪處的溫度超出上下限將導致包裝機控製係統的報警,並產生包裝機控製係統的緊急停車暫停包裝機的正常工作

神經元自適應PID算法的控製量u(k)是56F8037PWM模塊輸出脈衝的占空比(PWM

配置為en-li13odu××

pu×pe×周期計算公式odu由CMOD寄存器決定,本測試設置為32767,則6553×pe

PWM值的變化範圍為~32767,即控製uk的變化範圍為032767。其中,式(9)

(10)(11)中的PWMclockperiod為PWM模塊輸入時鍾的時鍾周期OD存器決定,用於設定輸出的周期-od為輸出PWM的周期,PWMvalue用於設定輸的占空比,pu為輸出高電平的寬度。下降,所以會出現溫度在升降中上升。

為了縮短溫度的上升時間加快整定過程,神經元的比例係數K取10。采用在溫度低於140℃時,PWM的占空比控製在90%以上以加快係統的穩定速度,當溫度大於140℃並且小於160℃時,PWM的占空比控製在10%90%之間,以使神經元自適應在線K8凯发大酒店天生赢家和整定PID參數當溫度大於160℃時,PWM占空比控製在010%,從而實現PID參數的快速整定是單通道溫控子係統的測試結果包裝機控製器的速度已經很快所以路溫控連續整定沒有問題但為了提高

控製器的實時性,采用控製器每次循環隻整定1路,4次循環就把4路都整定一遍,每隔1s同時改變4路的PWM占空比值,可以有效地提高PWM模塊的效率[14]

表明誤差能夠控製在±這是熱電偶的電壓采集模塊ADC的精度以及PWM空比分辨率決定的如果溫度采集精度達到0.1℃並且增大PWM占空比的範圍,理論上講,誤差能夠控製在±

 

單通道溫控子係統的測試結果圖

 

  1. 結論

 

實現了單神經元自適應PID算法在包裝機溫度控製子係統中的應用並成功將其移植到包裝機控製係統中,從控製效果來看溫度能夠保持在149151℃,沒有超出設定的上下限溫度範圍而有效提高包裝機的控製性能為包裝機的正常工作提供保障。

 

 

3 結束語

 

試驗利用微生物法對嬰幼兒乳粉中的生物素含量進行測定所測得的標準曲線在範圍內線性關係良好線性相關係數為9989,所測樣品RSDn,標準品平均回收率在8997之間表明該方法重現性較好穩定可靠,適用於嬰幼兒乳粉中生物素含量的測定

微生物法雖然存在操作步驟繁瑣工作量大檢測周期較長微生物菌種保藏困難及操作過程容易發生汙染等缺點但與其他方法相比而言生物法應用曆史悠久方法較為成熟先期投入成本低比較容易開展更為重要的是微生物對有活性的生物素具有特異性換句話說隻有具有生物活性的生物素才可以被人或動物吸收利用微生物法測試的正是具有生物活性的那部分生物,這對於測定嬰幼兒乳粉中活性生物素的含量有著其他方法無可比擬的優勢

 

文章來源於網絡轉載,侵刪

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