一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法

本发明涉及自动控制，尤其是涉及一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法。

背景技术：

1、离散制造相较于连续制造过程，是以零配件加工或组装为主的离散式生产活动，其生产的产品往往由多个零件经过一系列不连续的加工最终装配而成。离散智能制造业的特征是在生产过程中物料的材质基本上没有发生变化，只是改变其形状和组合，即最终产品是由各种物料装配而成，并且产品与所需物料之间有确定的数量比例。基于离散型制造业的特点，在生产过程中呈现出对快速供应物流响应、产品短周期上市、高生产效率、高产品质量、低生产成本以及柔性生产等需求。随着自动化和信息化技术的快速发展，尤其是传感器、数据采集装置和其它具有感知能力的智能设备在离散工业过程中的广泛使用，离散制造过程已由自动化、数字化向智能化发展。

2、在现有技术中，大多数的离散制造业生产过程都存在控制方法单一和易受环境干扰问题，直接导致相关制造业面临产品质量不稳定、产品附加值低下、原材浪费和人力成本高等问题。如：一种面向离散制造系统的需求提取与建模方法，公开号为cn116501294a，建立快速的需求提取与建模方法，但是受限于模型的不确定性，易受外部干扰影响；如：一种离散制造车间数字孪生模型自适应动态更新方法，公开号为cn114398049a，基于虚拟车间和实际车间的数据并选取特征数据集，分别计算性能指标的真实值和模型预测的理论值精度误差，设计了基于adaboost-dnn-lstm孪生模型动态更新方法，但是具有过于依赖数据集和环境要求高的问题。

技术实现思路

1、本发明为克服现有的离散制造过程中控制技术单一和产品质量不稳定的技术缺陷，提供了一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1：构建离散制造过程中温度变化的时空动态模型；

5、步骤2：离散布放多个执行器和传感器阵列；

6、步骤3：设计分布式龙贝格观测器；

7、步骤4，设计分布式动态反馈控制器；

8、步骤5，引入h∞控制，确保系统在复杂环境及外部干扰下的鲁棒性。

9、进一步，所述步骤1具体为：对离散制造过程中温度数据进行统计描述、时序分析和频域分析，建立注塑成型过程中熔料温度模型：

10、

11、其中，t是温度，μ0表示扩散系数，且μ0>0；c0表示比热容系数，且c0>0；ρ0表示融料密度；β0是比例系数，且β0>0；γ0表示无因次活化能，且γ0>0；t0是参考温度；q是热源；

12、由于料筒进料口热绝缘，因此满足狄利克雷—纽曼边界条件：

13、t(0,t)＝tx(0,t)＝0；

14、引入无量纲状态变量，对系统模型进行无量纲变化，从而避免模型变量维数的不同带来的控制分析难题；

15、令与无量纲控制变量

16、假设根据无量纲变化可得如下非线性无量纲偏微分方程模型：

17、

18、其中，βt表示无量纲的温度；βu表示无量纲的热转移系数；γ0表示无量纲的活化能；z(x,t),x∈[0,l]表示无量纲的温度分布；z0(x)表示初始温度；u(x,t)表示控制输入。z(x,t)是与空间x和时间t相关的变量，zxx(x,t)表示无量纲温度z(x,t)对空间位置x的二阶偏导，zt(x,t)表示对时间t的偏导。

19、进一步，在步骤2中，将多个阵列的温度传感器和控制执行器分别布放在注塑机料筒壁的特定区域上，根据传感器和执行器的在特定区域上进行分布式点测量和分布式分段控制的功能，其中执行器和传感器分布函数选取如下：

20、执行器分布函数：

21、传感器分布函数：

22、其中，离散分段控制采用m个控制执行器，分别布放在料筒壁空间区域上，代表第i个执行器控制区域左边界，代表第i个执行器控制区域右边界；离散点测量采用m个测量传感器分别布放在料筒壁特定点上，代表第i个传感器测量点；[xi,xi+1]是由传感器测量点位置划分成的第i个子区域。

23、进一步，在步骤3中，采用龙贝格状态观测器来观测系统的同位状态，通过状态估计方法来获取当前位置的温度状态信息，观测器的形式如下：

24、

25、其中，是系统观测的状态，是观测器增益，且是观测器的输出。

26、进一步，在步骤4中，所述分布式动态反馈控制器的形式为：

27、

28、其中，是控制器增益。

29、进一步，所述步骤5具体为：在分布式动态反馈控制器中添加鲁棒控制模块，在指定衰减水平下的h∞性能约束条件为：

30、

31、其中，e(x,t)表示系统实际状态与观测状态的误差，称为估计误差；γ是一个给定的描述衰减水平的常数；ω(t)是传感器测量干扰；d(x,t)是系统建模干扰；

32、当此时系统估计误差与传感器测量干扰和建模干扰满足h∞性能约束条件时，系统执行控制输入信息更新。

33、本发明所具有的有益效果为：

34、1、本发明采用分布式传感器测量和分布式执行器控制的方法，增加了测量信息的采集和控制驱动的指令信息，确保了每个加热段的温度能够被精确地控制和监测；

35、2、本发明设计了龙贝格观测器来观测执行器所在位置的状态信息，有效解决了执行器和传感器分布非同位的问题；

36、3、本发明在分布式反馈控制器中添加鲁棒控制模块，即限制在外部干扰环境下温度变化的范围和增强系统状态的鲁棒性，有效地提高系统的抗干扰能力。

技术特征：

1.一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：对离散制造过程中温度数据进行统计描述、时序分析和频域分析，建立注塑成型过程中熔料温度模型：

3.根据权利要求1所述的一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法，其特征在于：在步骤2中，将多个阵列的温度传感器和控制执行器分别布放在注塑机料筒壁的特定区域上，根据传感器和执行器的在特定区域上进行分布式点测量和分布式分段控制的功能，其中执行器和传感器分布函数选取如下：

4.根据权利要求1所述的一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法，其特征在于：在步骤3中，采用龙贝格状态观测器来观测系统的同位状态，通过状态估计方法来获取当前位置的温度状态信息，观测器的形式如下：

5.根据权利要求1所述的一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法，其特征在于：在步骤4中，所述分布式动态反馈控制器的形式为：

6.根据权利要求1所述的一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法，其特征在于：所述步骤5具体为：在分布式动态反馈控制器中添加鲁棒控制模块，在指定衰减水平下的h∞性能约束条件为：

技术总结本发明公开了一种离散制造过程中的分布式抗干扰控制方法，包括构建离散制造过程中温度变化的时空动态模型；离散布放多个执行器和传感器阵列；设计分布式龙贝格观测器；设计分布式动态反馈控制器；引入H∞控制，确保系统在复杂环境及外部干扰下的鲁棒性；本发明采用分布式传感器测量和分布式执行器控制的方法，增加了测量信息的采集和控制驱动的指令信息，确保了每个加热段的温度能够被精确地控制和监测；通过龙贝格观测器来观测执行器所在位置的状态信息，有效解决了执行器和传感器分布非同位的问题；在分布式反馈控制器中添加鲁棒控制模块，限制在外部干扰环境下温度变化的范围和增强系统状态的鲁棒性，有效地提高系统的抗干扰能力。技术研发人员：刘亚强,张伟立,刘艳红,彭金柱,杨磊,吴振龙受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26