本發明專利技術涉及一種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸工藝，該工藝路線為：紡絲熔體經計量泵精確計量，進入噴絲組件，由噴頭擠出后進入凝固浴，在凝固浴導輥的協同智能控制下，實現一定比率的噴頭拉伸，最后離開凝固浴。本發明專利技術由基于數據驅動的生物智能控制器設計工藝以及基于多組件數據協同的智能協同優化控制工藝兩個部分組成。其中提出的基于數據驅動的生物智能控制器設計工藝，控制器采用內分泌超短反饋生物智能控制器，并對其進行了數據驅動改進，成為不依賴對象模型進行設計的控制器；提出的基于多組件數據協同的智能協同優化控制工藝，通過采集具有協同關系的其他紡絲組件數據并協同優化計算，實現噴頭拉伸比率的智能協同控制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于自動控制
，特別是涉及ー種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸エ藝。
技術介紹
碳纖維是ー種新型高性能纖維材料，具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐疲勞、耐腐蝕、抗輻射、傳熱、導電、降噪、減震和相對密度小等一系列優異性能。聚丙烯腈基碳纖維綜合性能最好，占目前國內外碳纖維總產量的90%以上。目前眾多國內外學者都在研究如何進ー步改善聚丙烯腈原絲的性能和品質。聚丙烯腈原絲的生產制備過程エ藝復雜、環節眾多、易受各種環境因素干擾，而原絲的質量卻是制約碳纖維性能的主要因素。目前，國內外已有的原絲生產技術還存在一定的不足，原絲質量還有較大的提升空間。為了提高原絲的性能與品質，一方面需要對生產過程控制系統的控制精度以及抗干擾能力進行研究，另ー方面需要對碳纖維原絲的生產エ藝做進ー步研究改善。近幾年來，數據驅動、智能控制、協同優化等技術在系統建模和過程控制領域得到了越來越廣泛的應用，并在實踐中取得了比傳統方法更加優越的性能。因此，碳纖維原絲生產過程中引入數據驅動、智能控制與協同優化等方法，構建統一的碳纖維生產過程協同智能控制系統，對產出質量穩定、指標優越的高性能原絲具有一定的指導意義?？刂撇呗远?，數據驅動控制策略是指利用被控對象的在線或離線I/O數據以及由數據的處理而獲得的知識來設計控制器。目前ー些較為復雜エ業生產對象，往往由于對象機理中牽扯許多過程不明確或隨機的因素，無法建立對象模型，或建模存在較大誤差。傳統控制器的基于模型的設計方法便無法勝任。而數據驅動控制策略從存儲的大量的生產、設備和過程數據挖掘隱含著的エ藝和設備等信息，直接基于數據設計控制器而不嘗試對對象建模，有效的解決了這ー問題?？刂扑惴ǘ?，現代復雜信息環境中的復雜系統控制，要求研究開發智能化程度更高，實用性更強的智能控制優化算法。生物智能控制技術就是從對自然界中各種生物，尤其是人類智能行為的研究而產生出的控制算法。生物智能算法在控制速度、精度和抗干擾能力了等方面均優于傳統的控制算法?？刂葡到y而言，碳纖維紡絲過程流程長、環節多，并且環節間相互作用復雜，對象的動態特性具有時變、非線性耦合、時滯等特點，屬于大規模復雜系統。協同控制是指采用一定的連接方式和信息交換機制協同控制來適應生產設備狀況的變化，保證整個系統的穩定和諧，為高性能碳纖維原絲的質量提供了保障。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種優于傳統控制的控制策略，及其控制器設計方法，實現對聚丙烯腈基碳纖維原絲凝固浴導輥的高性能控制，同時提出一種多組件數據協同的智能協同優化控制エ藝，實現碳纖維原絲噴頭拉伸比率的協同控制，提高原絲質量。為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案是:一種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸エ藝，其エ藝路線為紡絲熔體經計量泵精確計量，進入噴絲組件，由噴頭擠出后進入凝固浴，經凝固浴導輥實現噴頭拉伸，最后離開凝固浴，其特征是:所述的凝固浴導輥由凝固浴導輥控制系統驅動，凝固浴導輥控制系統包括PID控制器、神經內分泌超短反饋控制器、數據驅動參考模型和協同控制模塊，所述的協同控制模塊通過采集具有協同關系的其他紡絲組件數據，進行協同優化，計算得到適宜的凝固浴導輥轉速，實現噴頭拉伸的智能協同控制，使噴頭拉伸比率保持相對穩定；所述的其他紡絲組件數據包括計量泵數據以及噴絲組件數據，所述的協同優化為基于數據驅動協同智能控制エ藝的優化。所述的ー種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸エ藝，其特征在于，所述的基于數據驅動協同智能控制エ藝由基于數據驅動的生物智能控制器設計エ藝以及基于多組件數據協同的智能協同優化控制エ藝兩個部分組成。所述的ー種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸エ藝，其特征在于，所述的基于數據驅動的生物智能控制器設計エ藝，主要エ藝路線為:主控制器采用內分泌超短反饋生物智能控制器，其中包括傳統PID模塊以及NUC模塊；控制器設計方案采用數據驅動算法，具體是用于PID模塊設計的虛擬參考反饋整定法以及用于NUC模塊設計的基于數據的NUC優化設計法；具體包括以下步驟:a.對凝固浴導輥的控制電機進行一次開環測試，給電機施加一組隨機的電壓輸入uop (k)，測量其相應的轉速輸出y。。(k);得到ー組測量數據[Utjp (k) ; yop (k) ]，k=l,…，Nop, k為測量序列號，Nop為本次測試的數據長度；b.基于測量數據[U()p(k) ;y()p(k)]，采用VRFT數據驅動算法，無需對凝固浴導輥進行建模，便可直接辨識PID控制器參數，得到期望的PID控制模塊；VRFT算法框圖如圖3所不，具體算法可參考文獻:[I] Campia MC, Lecchinib A, Savaresic SM.Virtual referenceieedback tuning:a dir ect method for the design of feedback controllers.Automatica[J], 2002, 38(8):1337-1346.)c.將所述期望的PID控制模塊接入凝固浴導輥控制系統，作為閉環系統的控制器，組成閉環反饋控制系統，進行一次階躍響應測試，得到一組閉環測量數據[rd(k) ;ycl(k)],k=l, -,Ncl, k為測量序列號，Ncl為本次測試的數據長度；該數據用于對引入的NUC控制器進行數據驅動的改進。傳統的NUC控制器算法可參考文獻:[2]劉寶，丁永生，王君紅.一種基于內分泌超短反饋機制的智能控制器[J].計算機仿真.2008，25 (I): 188-191。d.基于閉環測量數據[rel(k) ;yel(k)]，計算NUC的期望輸出。具體計算方法為:根據測量數據可以計算得到系統存在的控制誤差e(k):e (k) =rcl (k) -ycl (k)(I)為了彌補e(k)，令e(k)為NUC的輸出u。' (k)作用于P(Z)后的期望輸出，有:e GO=P(Z)Uc' (k)(2)其中，P(Z)為凝固浴導輥的傳遞函數；由于對象模型P(Z)未知，根據之前VRFT的算法，引入控制器、對象與參考模型間的關系:本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸工藝，其工藝路線為紡絲熔體經計量泵精確計量，進入噴絲組件，由噴頭擠出后進入凝固浴，經凝固浴導輥實現噴頭拉伸，最后離開凝固浴，其特征是：所述的凝固浴導輥由凝固浴導輥控制系統驅動，凝固浴導輥控制系統包括PID控制器、神經內分泌超短反饋控制器、數據驅動參考模型和協同控制模塊，所述的協同控制模塊通過采集具有協同關系的其他紡絲組件數據，進行協同優化，計算得到適宜的凝固浴導輥轉速，實現噴頭拉伸的智能協同控制，使噴頭拉伸比率保持相對穩定；所述的其他紡絲組件數據包括計量泵數據以及噴絲組件數據，所述的協同優化為基于數據驅動協同智能控制工藝的優化。
【技術特征摘要】
1.種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸エ藝，其エ藝路線為紡絲熔體經計量泵精確計量，進入噴絲組件，由噴頭擠出后進入凝固浴，經凝固浴導輥實現噴頭拉イ申，最后離開凝固浴，其特征是:所述的凝固浴導輥由凝固浴導輥控制系統驅動，凝固浴導輥控制系統包括PID控制器、神經內分泌超短反饋控制器、數據驅動參考模型和協同控制模塊，所述的協同控制模塊通過采集具有協同關系的其他紡絲組件數據，進行協同優化，計算得到適宜的凝固浴導輥轉速，實現噴頭拉伸的智能協同控制，使噴頭拉伸比率保持相對穩定；所述的其他紡絲組件數據包括計量泵數據以及噴絲組件數據，所述的協同優化為基于數據驅動協同智能控制エ藝的優化。2.據權利要求1所述的ー種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸エ藝，其特征在于，所述的基于數據驅動協同智能控制エ藝由基于數據驅動的生物智能控制器設計エ藝以及基于多組件數據協同的智能協同優化控制エ藝兩個部分組成。3.據權利要求2所述的ー種基于數據驅動協同智能控制的碳纖維原絲噴頭拉伸エ藝，其特征在于，所述的基于數據驅動的生物智能控制器設計エ藝，主要エ藝路線為:主控制器采用內分泌超短反饋生物智能控制器，其中包括傳統PID模塊以及NUC模塊；控制器設計方案采用數據驅動算法，具體是用于PID模塊設計的虛擬參考反饋整定法以及用于NUC模塊設計的基于數據的NUC優化設計法；具體包括以下步驟: a.對凝固浴導棍的控制電機進行一次開環測試，給電機施加一組隨機的電壓輸入uop (k)，測量其相應的轉速輸出y。。(k);得到ー組測量數據[Utjp (k) ; yop (k) ]，k=l,…，Nop, k為測量序列號，Nop為本次測試的數據長度； b.基于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：丁永生，徐楠，郝礦榮，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：
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