基于BP神经网络PID的橡胶挤出机温控系统研究

发布时间：2020-05-29 17:20

【摘要】：随着橡胶制品的广泛应用,市场对具有高性能的橡胶制品的需求越来越大。而要获得高性能的橡胶制品,其橡胶挤出机是橡胶生产过程中最基本的生产装备之一。在橡胶制品的挤出过程中,其挤出半成品性能的好坏是由挤出机对机筒内胶料的温度控制以及机头的温度控制所决定的。因此,为了提高挤出橡胶制品的性能,提高生产效率,对于如何提高橡胶挤出机的温度控制能力,就成为当今温控领域一个重要的研究方向。本文以橡胶挤出机的温控系统为研究对象,分别在控制算法、硬件构成、软件设计和实验仿真四个部分进行展开。首先,对本温控系统所采用的BP神经网络算法和PID控制算法进行了详细地介绍和分析,针对温控系统使用常规PID控制不能够在线自整定PID控制参数的缺陷,本文利用BP神经网络来自整定PID的控制参数,从而将二者的控制优势结合起来作为本温控系统的控制算法。其次,对于橡胶挤出机温度控制系统的硬件电路部分,分析了以STM32为核心的微控制器模块、温度数据采集模块、人机交互模块、温控执行模块等的硬件选型,并使用Altium Designer硬件电路设计软件分别绘制了各个模块的电路图以及制作出PCB主控板。再次,对于橡胶挤出机温度控制系统的软件部分,采用了程序的模块化设计,介绍了BP神经网络PID控制算法主控程序模块、温度数据采集子模块、加热冷却子模块、液晶显示子模块以及按键处理子模块的软件设计,并对温控系统的软件部分进行了抗干扰设计和调试,从而提高了控制系统的抗干扰性。最后,对于橡胶挤出机温度控制系统的仿真和实验部分,分别构建了常规PID控制器模型和BP神经网络PID控制器模型,并对两种控制器进行了仿真分析与实验研究,结果表明BP神经网络PID复合控制器在温度控制过程中能够同时保证温控系统超调量较小和稳态误差小的控制要求,同时也能较好地在线整定出PID控制器所需要的控制参数,省去了使用常规PID控制器需要靠经验公式计算控制参数的过程。实验表明,本文采用的BP神经网络PID复合控制算法,使橡胶挤出机的温控精度为±1℃,系统稳态误差小于0.5℃,能够很好地满足橡胶挤出机的温度控制要求。
【图文】：

温控系统,冷喂料挤出机,模糊控制算法,挤出机

机的温度控制系统得到了迅猛发展，并且在智能控制方面取得其是日本和欧美发达国家先后研发出了一系列性能优异且能够及仪器仪表。其温控系统具有如下的特点：）适用于热惯性较大、纯滞后以及时变性等复杂的温控系统；）适用于被控对象难以建立精确数学模型的温控系统；）温控系统普遍采用传统 PID 控制、自适应控制、智能控制理术，具有广泛地适用性；）温控系统具有参数自整定、自调整、自学习的能力，可根据况或者专家经验，对相关控制参数进行在线自动调整，从而使前控制的参数；）温控系统具有较高的控制精度和较好的鲁棒性，同时系统也性。目前德国特乐斯特推出的最新 QSM 型冷喂料挤出机，它在机上分别采用了最新的设计工艺和智能温控技术，如图 1-1 所示

冷喂料橡胶挤出机,热炼,橡胶挤出机,喂入

图 1-2 75mm 硅橡胶挤出机Fig.1-2 75mm silicone rubber extruder胶挤出机温控区间的划分情况下，热喂料橡胶挤出机需要使用开炼机热炼供胶，而热炼了较高的温度和塑化程度[2]。因此，热喂料橡胶挤出机的作用喂入胶料的温度和塑化程度，并实现橡胶半成品的连续挤出。机的机筒与螺杆之间，胶料的状态没有明显的变化，而且不同过控制开炼机热炼的时间和条件来达到喂入胶料的要求。因此机中，其挤出机自身对温度的控制要求并不是很高，所以在热很少使用温控装置[3]。而在冷喂料橡胶挤出机中，其喂入的胶加热，它的工艺要求都是由冷喂料橡胶挤出机自身来实现的。条件恒定时，冷喂料橡胶挤出机各温控区段的温度对橡胶挤出用[4-5]。当冷喂料橡胶挤出机各温控区段的温度发生变化时，，则
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ330.44;TP273;TP183

【相似文献】