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(gè)具有高度復(fù)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(gè)生產(chǎn)過程隨時(shí)間變化頻繁,相應(yīng)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(wù)之一。生物體高效調(diào)控機(jī)制,是設(shè)計(jì)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(fù)雜和行為不確定等特點(diǎn),以及嚴(yán)格的控制要求和質(zhì)量要求,與生物體自身的特點(diǎn)相似,具有應(yīng)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(chǔ)上,抽象其調(diào)節(jié)機(jī)理設(shè)計(jì)智能化的協(xié)同控制器(體系)及其控制方法,并應(yīng)用在以碳纖維紡絲過程為典型代表的復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過程中,以提高生產(chǎn)過程控制水平,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化協(xié)同運(yùn)作。本論文的主要貢獻(xiàn)如下:(1)對生物神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫綜合調(diào)控機(jī)制進(jìn)行闡述,重點(diǎn)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(jī)體的調(diào)控機(jī)理和神經(jīng)系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)的互補(bǔ)調(diào)節(jié)模式,對不同系統(tǒng)之間的具體作用方式進(jìn)行分析,為下文根據(jù)碳纖維紡絲

3、過程不同方面的特點(diǎn)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(jī)理,抽象智能協(xié)同解耦控制策略應(yīng)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(diǎn)將解耦機(jī)制推廣到多元。該協(xié)同智能解耦機(jī)制將互相耦合的變量作用完全隔離,而具體算法的復(fù)雜度并不高,有利工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)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(jī)理的協(xié)同智能控制方法能夠?qū)δ淘〉亩鄠€(gè)耦合受控變量進(jìn)行

4、有效的獨(dú)立控制,且具有良好的過渡過程響應(yīng)。(3)基于生物體多級內(nèi)分泌反饋調(diào)節(jié)機(jī)理,設(shè)計(jì)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(shè)備組成,將其抽象為多個(gè)需進(jìn)行信息交換的工作單元的組合體,從而能夠應(yīng)用所設(shè)計(jì)的協(xié)同智能控制體系。實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)情況,以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)思想為基礎(chǔ),嵌入基于激素調(diào)控原理的增強(qiáng)環(huán)節(jié)提出基于激素調(diào)控原理的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能控制器,并應(yīng)用于纖維牽伸過程中絲條張力的動(dòng)態(tài)控制。根據(jù)激素調(diào)控增強(qiáng)單元和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(dòng)控制器實(shí)例。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該智能控制器有效地提高了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制的靈敏度和準(zhǔn)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)