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      基于RBF-PID的多功能包裝機熱封溫度控制

      發(fā)布時間:2020-05-25 14:00:09 |來源:網絡轉載

      1.引言

      包裝機的封口溫度是影響產品包裝質量的主要因素,當熱封裝置的加熱板溫度處于包裝材料封口最佳溫度時,產品包裝的封口質量最好[1]。由于熱封裝置的溫度升/降溫速率大和熱量傳遞慣性大的特性,加之外界干擾因素和執(zhí)行器電壓波動影響,很難建立多功能包裝機熱封溫度控制系統(tǒng)的精確數學模型[2]。所以,采用傳統(tǒng)PID控制器對系統(tǒng)復雜的包裝機熱封裝置的溫度進行控制很難得到良好的應用效果。

      PID控制器是通過對控制系統(tǒng)檢測誤差量進行比例、積分、微分邏輯運算后疊加輸出控制信號,其因結構簡單、動態(tài)響應速度快被廣泛應用于工業(yè)控制過程,但因控制參數不能自整定,很難適應具有時變性、非線性和滯后性的復雜控制系統(tǒng),所以PID控制器的性能優(yōu)劣關鍵在于PID三個參數的整定[3]。RBF(Radial Basis Function,徑向基)具有自適應和自學習能力、非線性映射能力和無限逼近任意函數的能力。通過RBF 神經網絡和PID控制器進的優(yōu)勢互補,構建RBF的三層神經網絡模型,利用其自學習和無限逼近任意函數的能力對PID控制器的三個參數進行實時在線調節(jié),改變P(比例)、I(積分)、D(微分)三個參數的作用的強弱,使PID控制能具有調節(jié)復雜控制系統(tǒng)的能力。本文設計基于RBF-PID控制器的多功能包裝機熱封裝置溫度控制,提高溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。并運用MATLAB軟件驗證基于RBF-PID的多功能包裝機熱封裝置溫度控制系統(tǒng)的魯棒性、抗干擾能力。

      2.包裝機工作流程及熱封原理

      多功能包裝機是在一臺包裝設備上能夠完成多個以上的包裝工序的設備,其能夠同時實現制袋、稱量、充填、封口和切斷的功能[4]。多功能包裝機結構圖如圖1 所示,主要包括橫封裝置、包材送料裝置、縱封裝置、翻領成型器、包裝薄膜、稱重裝置及定位裝置等。包裝材料的熱封是利用加熱封頭將包裝材料加熱熔化成熔融狀態(tài),在熱封裝置的外在壓力作用下粘結為一體,冷卻后具有一定粘合強度。

      包裝材料被包材供送裝置經自動糾偏裝置調整后送達成型器,包裝材料被翻領成型器成型卷成筒狀后,包裝機縱封裝置以設定的溫度對包裝材料進行燙邊封口,在此之前橫封裝置已經完成上一個包裝袋的頂封和下一個包裝袋的底封,于此同時,稱重機構已完成產品稱重并將物料填充至包裝材料內。包裝材料在牽引裝置的作用下繼續(xù)向下運動到達橫封裝置位置,橫封裝置完成包裝袋頂封和切斷工作,然后進行產品包裝的質量檢測,剔除次品,輸送出合格產品。其中,產品的填充及包裝袋橫封、切斷包裝機現場運行過程中,工程技術人員需要根據現場運行狀態(tài)不斷調試PID控制器的KP、KI、KD參數值以獲得最優(yōu)控制[6]。多功能包裝機熱封溫度控制系統(tǒng)受到多種因素和溫度傳遞的滯后性影響,僅是人為的調整PID參數值,很難獲得良好的控制效果,況且人工在線調整容易造成系統(tǒng)震蕩引起生產事故,所以多功能包裝機PID熱封溫度控制系統(tǒng)的控制效果,關鍵在于如何使PID三個參數進行自整定。

      2.2 RBF神經網絡

      RBF神經網絡其是包含輸入層、隱含層、輸出層的3層前饋網絡結構[7,8]。由于RBF隱含層函數是高斯函數,其值在輸入空間有限范圍內非零,所以具有局部逼近功能,又因為輸入層到隱含層為非線性映射,隱含層到輸出層是映射函數,從而具有較快的學習速率和避免陷入局部極小的能力,由此可見,包裝機熱封裝置的溫度控制精度決定值產品的包裝質量。

      1. 結論

      針對多功能包裝機熱封溫度控制系統(tǒng)具有非線性和時滯性,導致包裝材料燒穿或熱封強度過低,引起包裝質量不合格的問題,提出一種基于RBF-PID的包裝機熱封溫度系統(tǒng)。文中利用FBR的自我學習能力對PID控制器的三個參數進行在線實時調整,避免了因固定參數不能適應于復雜的控制環(huán)境,提高了溫度控制精度?,F場運行顯示,溫度波動幅度較小,能夠控制在±1.8℃, 溫度控制精度在1.5%以內,將該系統(tǒng)應用于包裝機熱封溫度控制系統(tǒng)中,能夠提高溫度控制精度和產品質量, 具有一定的應用價值。

       

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