基於複雜進化全局協調算法的can數字總線控制方法及其系統的製作方法

2023-06-07 04:36:31

基於複雜進化全局協調算法的can數字總線控制方法及其系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種基於複雜進化全局協調算法的CAN數字總線控制方法及其系統，用來對擠出成型設備的溫度壓力PID控制系統進行全局優化，獲得最佳控制效果。發明主要包括兩部分，硬體電路部分以及基於複雜進化的全局優化算法部分。擠出成型設備是一個連續的工作過程，其控制系統是多段分散控制，各個控制迴路之間相互耦合，傳統的算法很難得到最佳的控制參數組合，這裡根據進化算法所具有的全局並行優化能力以及直接面向目標函數的特點，來對控制系統的多組參數進行優化，達到最優的控制目的。
【專利說明】基於複雜進化全局協調算法的CAN數字總線控制方法及其系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及複雜控制系統參數優化【技術領域】，特別涉及一種基於複雜理論進化算法進行控制系統參數全局優化協調的方法，主要用於對多層熱成型擠出一體化設備的控制PID參數進行全局優化，以期獲得最優的PID控制參數。
【背景技術】
[0002]多層熱成型擠出一體化設備是集擠出設備，加熱設備，壓光成型設備以及其他輔助設備為一體的一類複雜大型製造設備，其特點是控制系統包括壓力控制，溫度控制等多種控制方式，而且由於其空間分布跨度大的特點，控制方式屬於多點分散的控制，同時，多層擠出成型一體化設備是一個連續無間斷的生產過程，各個子控制系統之間相互耦合。針對這種控制方式，傳統技術通常是採用一對一的信號連接方式，實現溫度壓力數據以及命令數據的傳送，而且忽略各個子控制系統之間的相互作用，簡化控制模型，實現對整個擠出成型一體化裝備的控制。傳統的控制方式，一方面由於一對一的信號連接，大大增加了控制系統的成本，而且增加了信號傳遞的誤差率。
[0003]多層熱擠出成型一體化裝備由多個子PID控制系統組成，例如多點的溫度PID控制子系統，多點的壓力PID子控制系統等，而且一些子PID控制系統具有時滯和大慣性的特點，考慮到各個子控制系統之間具有耦合作用，難以用普通算法對整個控制系統的PID參數進行全局優化，所以需要引入一種新的智能方法來解決此技術難點。
[0004]進化計算是模擬生物進化過程的算法，具有可操作性強，效率高等優點，在工程優化計算中已被廣泛的應用，其研究起源於二十世紀五十年代末，成熟於八十年代，它是信息科學、人工智慧與計算機科學的熱點研究領域，求解中對連續和可微條件無要求，所以該方法能很好的解決上面的優化問題。目前，基於複雜系統進化算法的熱成型機CAN總線控制技術未見有文獻公開報導。

【發明內容】

[0005]針對上述缺陷或不足，本發明提供了一種基於複雜進化全局協調算法的數字總線控制方法及其系統，通過複雜進化全局協調算法獲得控制參數，最終獲得最佳的控制效果，保證生產的質量。
[0006]為達到以上目的，本發明的技術方案為:
[0007]包括以下步驟:
[0008]I)在擠出成型裝備的各個溫度壓力位置點安裝溫度壓力測量模塊，採集各個溫度、壓力位置點的溫度壓力數據，通過CAN數字總線輸入到計算機中；
[0009]2)根據採集到的溫度、壓力數據，在電腦上進行數據的分析，剔除掉不規則數據點，得到每個子控制系統的傳遞函數Hi ；
[0010]3)構造基於複雜系統理論的進化計算算法:[0011]第一步，用反映複雜系統能量分布的冪次法則構造代價函數:
【權利要求】
1.一種基於複雜進化全局協調算法的CAN數字總線控制方法，其特在於，包括以下步驟: 1)在擠出成型裝備的各個溫度壓力位置點安裝溫度壓力測量模塊，採集各個溫度、壓力位置點的溫度壓力數據，通過CAN數字總線輸入到計算機中； 2)根據採集到的溫度、壓力數據，在電腦上進行數據的分析，剔除掉不規則數據點，得到每個子控制系統的傳遞函數Hi ； 3)構造基於複雜系統理論的進化計算算法: 第一步，用反映複雜系統能量分布的冪次法則構造代價函數:
2.根據權利要求1所述的基於複雜進化全局協調算法的數字總線控制方法，其特在於，所述步驟2)中第三步中，更新規模變量h的反饋修改方式如下:
3.根據權利要求1所述的基於複雜進化全局協調算法的數字總線控制方法，其特在於，所述第2)步基於複雜系統理論的進化計算算法對PID控制系統參數進行全局優化的過程，包括下述步驟: 3-1、隨機產生一個隨機數，並與基因漂流概率進行比較，判斷是否需要進行基因漂流操作，若需要進行基因漂流操作，根據基因漂流算子Tf，選擇優勢基因位修改所有PID控制參數個體； 3-2、根據所述代價函數，計算當前所有個體的代價函數值，並根據冪次法則改造選擇算子，通過選擇算子從子代PID參數集合中選出所需PID個體參數，所述選擇算子為:
4.根據權利要求3所述的基於複雜進化全局協調算法的數字總線控制方法，其特在於，所述採用基因漂流算子發生基因漂流事件的概率為Pf，其採用了反饋控制技術其具體如下:
5.根據權利要求1所述的基於複雜進化全局協調算法的數字總線控制方法，其特在於，所述終止條件包括PID控制參數的編碼，PID控制參數規模設置以及迭代次數。
6.一種基於權利要求1所述的複雜進化全局協調算法的數字總線控制系統，其特在於，包括:溫度壓力測量模塊、數字總線傳輸模塊、核心處理模塊、以及複雜系統理論的進化計算算法模塊: 其中，溫度壓力測量模塊用於利用溫度傳感器和壓力傳感器測量擠出成型機工作過程中的溫度和壓力參數； 數字總線傳輸模塊傳輸傳感器採集到的數位訊號，並將核心處理模塊發出的控制命令給執行機構； 複雜系統理論的進化計算算法模塊通過運用進化計算算法獲取各個子系統的全局最優組合的PID控制參數； 核心處理模塊根據PID控制參數對擠出成型一體化設備的加熱裝置以及電機進控制。
7.根據權利要求6所述的基於複雜進化全局協調算法的數字總線控制系統，其特在於，所述溫度壓力測量模塊將獲取的溫度和壓力參數經過CAN收發器晶片PCA82C250轉轉成CAN數據協議。
8.根據權利要求6所述的基於複雜進化全局協調算法的數字總線控制系統，其特在於，所述核心處理模塊，包括TMS320F28335處理晶片、串口通訊模塊、以及FLASH存貯模塊，其中，TMS320F28335晶片進行複雜的浮點運算，串口通訊模塊採用MAX3232晶片進行數據格式轉換以及收發，與上位機建立通訊連接，Flash存貯晶片採用SST39VF800晶片，對DSP進行外部存貯進行擴充，進行數據和程序的存貯。
9.根據權利要求6所述的基於複雜進化全局協調算法的數字總線控制系統，其特在於，所述溫度壓力測量模塊中擠出機機筒的分段溫度測量採用接觸式熱電偶測量；片材二次加熱區溫度採用非接觸式的紅外溫度計測量；擠出機機筒內的熔體壓力採用應變測量傳感器，多層壓光成型位置壓力採用壓電傳感器測量，捲筒收料位置和片材衝壓成型壓力採用超聲波壓力傳感器測量。
【文檔編號】G05B13/02GK103488079SQ201310241947
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2013年6月18日
【發明者】莊健, 王旭光, 尚春陽, 於德弘 申請人:西安交通大學