碳纖維紡絲過程的協(xié)同智能控制系統(tǒng)研究.pdf

1、碳纖維紡絲過程是一個具有高度復雜性的工業(yè)過程,其組成環(huán)節(jié)多樣,工作環(huán)境各異,整個生產(chǎn)過程隨時間變化頻繁,相應的產(chǎn)品質(zhì)量要求高且數(shù)量巨大,使得對碳纖維紡絲過程建立可靠、高效、連續(xù)的控制體系,成為工程控制領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)性的任務之一。生物體高效調(diào)控機制,是設計新穎的智能化控制算法的靈感來源。碳纖維紡絲過程所具有的高度復雜和行為不確定等特點,以及嚴格的控制要求和質(zhì)量要求,與生物體自身的特點相似,具有應用生物啟發(fā)的智能控制手段的潛力。本論文在生物體

2、神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫綜合調(diào)控體系的基礎上,抽象其調(diào)節(jié)機理設計智能化的協(xié)同控制器(體系)及其控制方法,并應用在以碳纖維紡絲過程為典型代表的復雜工業(yè)生產(chǎn)過程中,以提高生產(chǎn)過程控制水平,實現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化協(xié)同運作。本論文的主要貢獻如下:(1)對生物神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫綜合調(diào)控機制進行闡述,重點介紹神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)分泌系統(tǒng)的協(xié)調(diào)作用,內(nèi)分泌系統(tǒng)對機體的調(diào)控機理和神經(jīng)系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)的互補調(diào)節(jié)模式,對不同系統(tǒng)之間的具體作用方式進行分析,為下文根據(jù)碳纖維紡絲

3、過程不同方面的特點建立多樣化的智能協(xié)同控制器(體系)提供理論保證。(2)基于生物體神經(jīng)-內(nèi)分泌調(diào)節(jié)系統(tǒng)的多變量控制機理,抽象智能協(xié)同解耦控制策略應用于碳纖維紡絲過程凝固浴多變量控制中,并根據(jù)凝固浴的特點將解耦機制推廣到多元。該協(xié)同智能解耦機制將互相耦合的變量作用完全隔離,而具體算法的復雜度并不高,有利工業(yè)生產(chǎn)實踐。實驗結(jié)果表明,相對傳統(tǒng)解耦控制方法,所提出的基于神經(jīng)-內(nèi)分泌解耦調(diào)節(jié)機理的協(xié)同智能控制方法能夠?qū)δ淘〉亩鄠€耦合受控變量進行

4、有效的獨立控制,且具有良好的過渡過程響應。(3)基于生物體多級內(nèi)分泌反饋調(diào)節(jié)機理,設計內(nèi)分泌多級反饋協(xié)同智能控制體系,針對碳纖維紡絲過程的牽伸工序的工藝要求和設備組成,將其抽象為多個需進行信息交換的工作單元的組合體,從而能夠應用所設計的協(xié)同智能控制體系。實驗結(jié)果表明,所提出的多級反饋協(xié)同智能控制體系能夠有效地將牽伸過程的各個部分聯(lián)系起來,通過高效的協(xié)同調(diào)節(jié)保證纖維牽伸率的持續(xù)穩(wěn)定。(4)基于生物體內(nèi)分泌系統(tǒng)激素調(diào)控原理,針對纖維生產(chǎn)過程

5、不易獲取精確工作模型的現(xiàn)實情況,以數(shù)據(jù)驅(qū)動思想為基礎,嵌入基于激素調(diào)控原理的增強環(huán)節(jié)提出基于激素調(diào)控原理的數(shù)據(jù)驅(qū)動智能控制器,并應用于纖維牽伸過程中絲條張力的動態(tài)控制。根據(jù)激素調(diào)控增強單元和數(shù)據(jù)驅(qū)動控制器的不同作用模式,可以引申出具有不同工作特性的數(shù)據(jù)驅(qū)動控制器實例。實驗結(jié)果表明,該智能控制器有效地提高了數(shù)據(jù)驅(qū)動控制的靈敏度和準確性,有利于被控對象保持在持續(xù)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。(5)基于生物體神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)協(xié)作模式,針對纖維生產(chǎn)過程對產(chǎn)