CN102101352B - 一种注塑成型制品重量无模型控制方法 - Google Patents

一种注塑成型制品重量无模型控制方法 Download PDF

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CN102101352B CN 201010599453 CN201010599453A CN102101352B CN 102101352 B CN102101352 B CN 102101352B CN 201010599453 CN201010599453 CN 201010599453 CN 201010599453 A CN201010599453 A CN 201010599453A CN 102101352 B CN102101352 B CN 102101352B
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Abstract

本发明公开了一种注塑成型制品重量无模型控制方法，本发明针对注塑成型生产过程中存在的操作参数变化频繁、过程建模困难、模型精度有限等问题，利用注塑成型生产过程的低成本和批次可重复的特性实现无模型的快速产品重量控制，本发明有助于减少制品重量控制过程的试验开销、缩短控制时间；这对于提高注塑成型过程的重量控制效率，实现注塑成型工业生产过程中的节能减排有重要意义。

Description

一种注塑成型制品重量无模型控制方法
技术领域
本发明涉及注塑成型制品重量控制领域，特别地，涉及一种注塑成型制品重量无模型控制方法。 
背景技术
注塑成型是一种常用的、重要的塑料加工成型方法。而成型制品的重量是注塑制品的一项重要质量性能指标。注塑成型制品的重量控制对于制品质量控制有重要意义。然而，注塑成型过程是一个复杂的、多阶段、多变量的和非线性的间歇生产过程。影响注塑制品重量的因素众多，同时在实际生产过程中存在噪声等不确定因素，造成注塑成型制品的重量控制实现困难，成本高昂。 
从产品质量控制的角度，目前在注塑成型重量控制领域，常用的重量控制方法包括：第一，试凑法，它通过操作人员根据经验反复调节来获得一个较优的控制工作点，这种方法虽然简单易行，但是非常费时、低效，且严重依赖于操作人员的个人经验；第二，试验设计法，该方法通过实验设计来确定试验方案，实施试验并采集各个试验点重量信息，再对数据进行分析或拟合，通过近似的拟合模型来预测最优工作点实现制品重量控制；该方法的优点在于通过精心设计的试验可以减少试验次数，并且可以给出一个近似的质量模型；其缺陷在于，试验设计法仍然需要较多的经验辅助、在线实施困难，也只能找到近似的局部最优工作点，因此该方法的控制精度不高；第三，基于模型的重量控制方法；该方法需要有一个先验模型作为基础，根据其依赖的模型不同可以分为机理模型和基于试验数据的辨识回归模型两大类。该方法在已有模型的基础上虽然具备实施简单，可以离线进行等优点；但是由于注塑成型过程的复杂性，塑料制品的重量表征难以实现，制品重量与各工艺参数之间的机理模型无法准确建立。而基于数据的回归模型一般都需要通过大量的实验获得，往往工作量大，并且模型的外推性也不理想；因此模型是该方法的一大瓶颈。与此同时，注塑成型过程具有工作点变化频繁的特点，在工业生产过程中经常需要改变材料、模具和一些工作条件。在这些要素发生改变的情况下，原模型精度根本无法适用于新的生产过程。因此，基于模型的注塑制品重量控制方法往往需要耗费大量的时间、精力和试验来建立过程模型且其控制精度也必然受限于相应的模型精度，这导致该方法在实际控制过程中效率低下、控制精度不能有效保证。 
综上所述，目前常用的重量控制方法往往要求操作人员有很充足的经验并且需要大量的试验和时间投入，重量控制实现成本很高，效率低下，也不利于节能减排和环境保护。 
考虑到注塑过程具有单位生产成本低、快速、易重复的特点，即使在最初的几个甚至于几十个批次生产的制品质量不满足要求，只要重量能够不断逼近设定控制指标并且在一定批次后达到要求，其消耗的资金成本和时间成本相对于目前传统的重量控制方法可忽略不计。因此，我们根据注塑成型生产过程的低成本和批次可重复性，提出了一种基于单纯形方法的无模型重量控制方法。 
单纯形方法是一种直接搜索优化方法，由Nelder和Mead在1965年提出。（Nelder, J. A.； Mead, R., A Simplex-Method for Function Minimization. Computer Journal 1965, 7, （4）, 308-313.）该方法优点在于搜索过程不依赖于迭代点的梯度信息，而只需要函数值信息；因此实施方便，同时效率也较高；但是该方法对噪声和干扰敏感，在噪声和干扰存在的条件下，效率较低甚至于出现算法停滞等现象；无法直接在无模型控制过程中实施。本发明利用单纯形方法来迭代产生控制工作点序列，充分利用了单纯形方法的优势，同时对单纯形方法进行修改使其适合于在无模型情况下应用，从而提出了一种注塑成型制品重量无模型控制方法。该方法既继承了单纯形方法的优势，又克服了干扰，具备较好的鲁棒性和抗噪声性。 
总体而言，本发明利用注塑成型生产过程的低成本和批次可重复的特性实现快速产品无模型重量控制，减少重量控制的试验开销、缩短控制时间；这对于提高注塑成型过程的重量控制效率和在工业生产过程中具体落实节能减排有重要意义。 
发明内容
本发明的目的在于针对现有注塑成型制品重量控制方法的不足，供一种与传统的控制方法不同类型的、更高效的重量无模型控制方法。本发明利用单纯形方法来迭代产生控制工作点序列，并通过无模型方式在线实施，从而对每个控制工作点进行有效的、抗干扰的重量估计，最终实现在少量试验批次下快速达到满意的控制目标。 
本发明为实现上述发明目的采用了如下的技术方案：一种注塑成型制品无模型重量控制方法，该方法由以下步骤组成： 
（1）方法初始化：设置无模型重量控制方法参数集 
Figure 525234DEST_PATH_IMAGE001
，其中：
Figure 530099DEST_PATH_IMAGE002
为重量控制指标设定值，
Figure 531815DEST_PATH_IMAGE003
为重量目标偏差容限，
Figure 952432DEST_PATH_IMAGE004
为重量波动方差容限，为重复试验次数，
Figure 663085DEST_PATH_IMAGE006
为重复测量次数，
Figure 211485DEST_PATH_IMAGE007
为验证试验次数，
Figure 498110DEST_PATH_IMAGE008
为最大试验点计数，为单纯形方法系数。设有个工艺参数，可以将其分别定义为: 
Figure 381118DEST_PATH_IMAGE011
；令
Figure 409117DEST_PATH_IMAGE012
表征由这些工艺参数组合所形成的第
Figure 154481DEST_PATH_IMAGE013
个控制工作点。由操作人员设定初始控制工作点
Figure 406471DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 306294DEST_PATH_IMAGE010
为工艺参数个数； 将
Figure 934721DEST_PATH_IMAGE015
进行归一化，归一化后的控制工作点向量为
Figure 298707DEST_PATH_IMAGE016
；设置控制工作点计数
Figure 659281DEST_PATH_IMAGE017
； 
（2） 基于单纯形方法的控制工作点迭代：设生产的连续控制工作点序列为
Figure 630689DEST_PATH_IMAGE018
；其中
Figure 62808DEST_PATH_IMAGE019
已进行重量估计，
Figure 953403DEST_PATH_IMAGE020
为新的待估计的控制工作点向量，由单纯形方法迭代产生， 
Figure 812775DEST_PATH_IMAGE020
具体产生方法如下：
（a）构建初始单纯形：通过序贯摄动方法依次在每一维上摄动工艺参数,其中第k个控制点为：，
Figure 657420DEST_PATH_IMAGE022
表示
Figure 231883DEST_PATH_IMAGE016
的第
Figure 262156DEST_PATH_IMAGE023
维分量，k=2,...,n+1；而摄动率
Figure 358288DEST_PATH_IMAGE024
在[5%-20%]之间，是一个随机数；依次产生
Figure 132209DEST_PATH_IMAGE010
个控制工作点，每个控制工作点都作为新控制工作点进行无模型估计；
Figure 59714DEST_PATH_IMAGE010
个新控制工作点与初始向量
Figure 198571DEST_PATH_IMAGE016
一起构成初始单纯形
Figure 342851DEST_PATH_IMAGE025
,设该单纯形对应的重量估计值向量为
Figure 654884DEST_PATH_IMAGE026
，令单纯形计数
Figure 702474DEST_PATH_IMAGE027
；
（b）单纯形排序：将单纯形
Figure 74550DEST_PATH_IMAGE028
的顶点根据其对应重量响应值
Figure 145274DEST_PATH_IMAGE029
和设定值间距离的远近（
Figure 762462DEST_PATH_IMAGE030
）进行排序，
Figure 664559DEST_PATH_IMAGE031
表示距离最近的点，
Figure 207536DEST_PATH_IMAGE032
表示距离最远点，
Figure 562294DEST_PATH_IMAGE033
表示次远点；
（c）反射：根据产生发射工作点
Figure 736847DEST_PATH_IMAGE035
，其中
Figure 450725DEST_PATH_IMAGE036
.转步骤（3）通过无模型估计获得
Figure 496042DEST_PATH_IMAGE037
,
Figure 953568DEST_PATH_IMAGE038
；如果，转（d）；如果，转（e）； 其他情况下，用
Figure 483534DEST_PATH_IMAGE035
代替
Figure 744751DEST_PATH_IMAGE041
，转（g）；
（d） 膨胀:根据 产生膨胀点
Figure 469311DEST_PATH_IMAGE043
，转步骤（3）通过无模型估计获得
Figure 784492DEST_PATH_IMAGE044
,；如果
Figure 107206DEST_PATH_IMAGE046
，用代替
Figure 637731DEST_PATH_IMAGE041
,转（g）；否则用
Figure 742215DEST_PATH_IMAGE035
代替
Figure 448003DEST_PATH_IMAGE041
,转（g）；
（e） 收缩:根据式
Figure 783169DEST_PATH_IMAGE047
产生收缩点
Figure 574408DEST_PATH_IMAGE048
；转步骤（3）通过无模型估计获得
Figure 715539DEST_PATH_IMAGE049
,
Figure 213517DEST_PATH_IMAGE050
；当
Figure 280436DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 558971DEST_PATH_IMAGE052
；否则，
Figure 441476DEST_PATH_IMAGE053
.收缩后，比较收缩点和收缩参考点
Figure 856277DEST_PATH_IMAGE054
，如果
Figure 861142DEST_PATH_IMAGE055
，用
Figure 299077DEST_PATH_IMAGE048
代替
Figure 283476DEST_PATH_IMAGE041
，转（g）；否则，收缩没有带来重量控制指标改善，转（f）执行塌缩操作；
（f） 塌缩:执行塌缩操作将除最近点
Figure 818362DEST_PATH_IMAGE031
外的所有顶点由下式计算并替换：
Figure 666232DEST_PATH_IMAGE056
, ；接（g）
（g） 令
Figure 940405DEST_PATH_IMAGE058
,将更新后的单纯形顶点和保留顶点构成新的单纯形
Figure 267481DEST_PATH_IMAGE028
,分别转步骤（3）通过无模型估计获得单纯形中顶点已更新但未进行重量估计的顶点对应的重量；如果所有顶点
Figure 112684DEST_PATH_IMAGE059
都已估计，则转（b）；
在整个过程中，
Figure 525211DEST_PATH_IMAGE025
、、、及
Figure 11239DEST_PATH_IMAGE056
等迭代控制工作点构成无模型重量控制中的迭代控制点序列。
（3）无模型估计预处理：待估计的控制工作点
Figure 141131DEST_PATH_IMAGE020
是一个归一化后的工艺参数组合向量；在预处理阶段，将
Figure 177220DEST_PATH_IMAGE020
进行反归一化可得到对应的物理工艺参数；转换后需要确保仍然满足工艺参数物理约束。设
Figure 419348DEST_PATH_IMAGE061
为工艺参数可行域，如果
Figure 637840DEST_PATH_IMAGE062
，则
Figure 995747DEST_PATH_IMAGE063
；否则，取
Figure 604583DEST_PATH_IMAGE064
，其中
Figure 840392DEST_PATH_IMAGE065
为欧几里得范数，即用工艺参数可行域中距离
Figure 913390DEST_PATH_IMAGE060
最近的点来代替
Figure 881346DEST_PATH_IMAGE060
作为替代的控制工作点； 
（4）控制工作点在线试验：根据控制工作点
Figure 39795DEST_PATH_IMAGE066
，在注塑成型机操作面板上修改对应的工艺参数值，使得第个工艺参数的设定值为
Figure 180369DEST_PATH_IMAGE068
。通过注塑成型机生产塑料制品，并利用电子天平测量制品重量,重复测量次并记录相应重量测量值
Figure 27288DEST_PATH_IMAGE069
；其中
Figure 339321DEST_PATH_IMAGE070
为在线试验次数编号，
Figure 324594DEST_PATH_IMAGE071
为测量次数编号；
（5）无模型估计后处理：在控制工作点的无模型后处理阶段，根据无模型控制方法初始设定重复试验次数，调用（4）进行控制工作点在线试验直至试验次数
Figure 328246DEST_PATH_IMAGE070
达到
Figure 443969DEST_PATH_IMAGE005
，此时可计算在控制工作点
Figure 346066DEST_PATH_IMAGE060
处的重量估计值: 
Figure 826726DEST_PATH_IMAGE072
；
   （6）控制工作点验证：如果控制工作点处的重量估计值
Figure 602364DEST_PATH_IMAGE073
满足： 
Figure 358967DEST_PATH_IMAGE074
，表示绝对值运算，则此时认为重量指标初步达到，否则转步骤（7）；因为噪声等不确定因素的原因，需要进行另外
Figure 118161DEST_PATH_IMAGE007
次附加验证测试，调用步骤（4）
Figure 97660DEST_PATH_IMAGE007
次,通过下式获得验证值
Figure 708770DEST_PATH_IMAGE076
: ； 如果验证值满足，则最优工艺参数控制工作点，转（8）；否则接步骤（7）；
   （7）控制工作点计数：控制工作点计数
Figure 354460DEST_PATH_IMAGE080
，如果
Figure 675720DEST_PATH_IMAGE081
，则转步骤（2）；否则，需要返回步骤（1）重新调整优化目标和参数；
（8）最优控制工作点实施： 即是本方法所找到的最优控制工作点。根据
Figure 229378DEST_PATH_IMAGE083
，在注塑成型机操作面板上分别设置重量控制相关的工艺参数，使得工艺参数的设定值为
Figure 979346DEST_PATH_IMAGE084
；在该最优工作点上进行在线实施，所生产的注塑制品重量将满足控制目标。
本发明的有益效果： 
（1）本发明不依赖于模型实现注塑制品的重量控制，避免了模型建立的较大的成本和时间投入，提高了制品重量控制的效率；
（2）本发明不依赖于模型，大大减少了对已知过程知识和信息的依赖，优化控制过程不需要人为干预，能够自动化运行，方便在线实施，大大降低实施成本；
（3）本发明结合采用单纯形方法来提供迭代控制工作点，提高了不基于梯度的无模型控制方法的控制效率；
（4）因为注塑成型过程往往具有一定随机性，基于建模的方法很难获取到精确的最优控制工作点；本发明通过在线实施并引入抗随机性措施，能够有效克服噪声和模型偏差，找到真正的、可靠的最优重量控制工作点。
附图说明
图1是本发明的工作原理图； 
图2是本发明的工作流程示意图；
图3是本发明中单纯形方法产生控制工作点序列的流程示意图；
图 4是本发明在某注塑成型制品重量控制上的控制效果。
具体实施方式
以下参照本发明的附图对本发明作详细描述。图1为本发明的工作原理图，本发明所提出的无模型重量控制方法采用单纯形方法迭代产生控制工作点序列，每个控制工作点都将通过参数设定进行设置并在注塑成型机上进行在线实施，在线实施产生的制品重量测量值通过无模型估计进行评估后反馈给单纯形方法，无模型方法根据反馈结果更新控制工作点序列产生新的待估计控制工作点，这个过程不断重复直至满足控制目标要求，此时控制方法输出为最优控制工作点，从而实现对注塑制品的重量控制。 
图2为本发明的工作流程示意图。一种注塑成型制品无模型重量控制方法，该方法由以下步骤组成： 
（1）方法初始化：设置无模型重量控制方法参数集
Figure 781823DEST_PATH_IMAGE001
，其中：
Figure 322526DEST_PATH_IMAGE002
为重量控制指标设定值，为重量目标偏差容限，为重量波动方差容限，
Figure 889139DEST_PATH_IMAGE005
为重复试验次数，
Figure 295850DEST_PATH_IMAGE006
为重复测量次数，为验证试验次数，
Figure 863677DEST_PATH_IMAGE008
为最大试验点计数，
Figure 142211DEST_PATH_IMAGE009
为单纯形方法系数。设有
Figure 149351DEST_PATH_IMAGE010
个工艺参数，可以将其分别定义为: 
Figure 501835DEST_PATH_IMAGE011
；令
Figure 739656DEST_PATH_IMAGE012
表征由这些工艺参数组合所形成的第
Figure 239907DEST_PATH_IMAGE013
个控制工作点。由操作人员设定初始控制工作点
Figure 926103DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 195411DEST_PATH_IMAGE010
为工艺参数个数； 将
Figure 934959DEST_PATH_IMAGE015
进行归一化，归一化后的控制工作点向量为；设置控制工作点计数
Figure 146814DEST_PATH_IMAGE017
。
（2） 基于单纯形方法的控制工作点迭代：设生产的连续控制工作点序列为
Figure 473890DEST_PATH_IMAGE018
；其中
Figure 820558DEST_PATH_IMAGE019
已进行重量估计，为新的待估计的控制工作点向量，由单纯形方法迭代产生， 
Figure 57822DEST_PATH_IMAGE020
具体产生方法如下。 
（a）构建初始单纯形：通过序贯摄动方法依次在每一维上摄动工艺参数,其中第k个控制点为：
Figure 800256DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 317825DEST_PATH_IMAGE022
表示
Figure 217648DEST_PATH_IMAGE016
的第
Figure 846076DEST_PATH_IMAGE023
维分量，k=2,...,n+1；而摄动率
Figure 944482DEST_PATH_IMAGE024
在[5%-20%]之间，是一个随机数；依次产生
Figure 570635DEST_PATH_IMAGE010
个控制工作点，每个控制工作点都作为新控制工作点进行无模型估计；
Figure 255956DEST_PATH_IMAGE010
个新控制工作点与初始向量
Figure 688075DEST_PATH_IMAGE016
一起构成初始单纯形,设该单纯形对应的重量估计值向量为
Figure 703621DEST_PATH_IMAGE026
，令单纯形计数
Figure 374774DEST_PATH_IMAGE027
。 
（b）单纯形排序：将单纯形
Figure 282687DEST_PATH_IMAGE028
的顶点根据其对应重量响应值
Figure 854221DEST_PATH_IMAGE029
和设定值间距离的远近（
Figure 884493DEST_PATH_IMAGE030
）进行排序，
Figure 980625DEST_PATH_IMAGE031
表示距离最近的点，
Figure 754546DEST_PATH_IMAGE032
表示距离最远点，
Figure 947630DEST_PATH_IMAGE033
表示次远点。 
（c）反射：根据
Figure 650269DEST_PATH_IMAGE034
产生发射工作点，其中
Figure 545730DEST_PATH_IMAGE036
.通过无模型估计获得
Figure 593321DEST_PATH_IMAGE037
,
Figure 965396DEST_PATH_IMAGE038
；如果
Figure 770541DEST_PATH_IMAGE039
，转（d）；如果
Figure 384800DEST_PATH_IMAGE040
，转（e）； 其他情况下，用
Figure 286897DEST_PATH_IMAGE035
代替
Figure 892190DEST_PATH_IMAGE041
，转（g）。 
（d） 膨胀:根据 
Figure 450211DEST_PATH_IMAGE042
产生膨胀点
Figure 605511DEST_PATH_IMAGE043
，通过无模型估计获得,；如果
Figure 121309DEST_PATH_IMAGE046
，用
Figure 578835DEST_PATH_IMAGE043
代替,转（g）；否则用代替
Figure 105872DEST_PATH_IMAGE041
,转（g）。 
（e） 收缩:根据式
Figure 367089DEST_PATH_IMAGE047
产生收缩点
Figure 35968DEST_PATH_IMAGE048
；通过无模型估计获得
Figure 91648DEST_PATH_IMAGE049
,
Figure 409759DEST_PATH_IMAGE050
；当，；否则，
Figure 224635DEST_PATH_IMAGE053
.收缩后，比较收缩点和收缩参考点，如果
Figure 69280DEST_PATH_IMAGE055
，用
Figure 447171DEST_PATH_IMAGE048
代替
Figure 608769DEST_PATH_IMAGE041
，转（g）；否则，收缩没有带来重量控制指标改善，转（f）执行塌缩操作。 
（f） 塌缩:执行塌缩操作将除最近点外的所有顶点由下式计算并替换：
Figure 478822DEST_PATH_IMAGE056
, 
Figure 773537DEST_PATH_IMAGE057
；接（g）。 
（g） 令
Figure 607501DEST_PATH_IMAGE058
,将更新后的单纯形顶点和保留顶点构成新的单纯形
Figure 558139DEST_PATH_IMAGE028
,通过无模型估计获得单纯形中顶点已更新但未进行重量估计的顶点对应的重量；如果所有顶点
Figure 4426DEST_PATH_IMAGE059
都已估计，则转（b）。 
在整个过程中，、
Figure 424092DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 924344DEST_PATH_IMAGE043
、
Figure 194830DEST_PATH_IMAGE048
及
Figure 401820DEST_PATH_IMAGE056
等迭代控制工作点构成无模型重量控制中的迭代控制点序列。 
 （3）无模型估计预处理：待估计的控制工作点
Figure 577587DEST_PATH_IMAGE020
是一个归一化后的工艺参数组合向量；在预处理阶段，将
Figure 565134DEST_PATH_IMAGE020
进行反归一化可得到对应的物理工艺参数
Figure 789442DEST_PATH_IMAGE060
；转换后需要确保
Figure 178835DEST_PATH_IMAGE060
仍然满足工艺参数物理约束。设
Figure 761388DEST_PATH_IMAGE061
为工艺参数可行域，如果
Figure 173915DEST_PATH_IMAGE062
，则
Figure 264231DEST_PATH_IMAGE063
；否则，取，其中
Figure 963383DEST_PATH_IMAGE065
为欧几里得范数，即用工艺参数可行域中距离
Figure 659943DEST_PATH_IMAGE060
最近的点来代替
Figure 786906DEST_PATH_IMAGE060
作为替代的控制工作点。 
（4）控制工作点在线试验：根据控制工作点
Figure 88574DEST_PATH_IMAGE066
，在注塑成型机操作面板上修改对应的工艺参数值，使得第
Figure 777044DEST_PATH_IMAGE067
个工艺参数的设定值为
Figure 960901DEST_PATH_IMAGE068
。通过注塑成型机生产塑料制品，并利用电子天平测量制品重量,重复测量
Figure 330703DEST_PATH_IMAGE006
次并记录相应重量测量值；其中
Figure 910031DEST_PATH_IMAGE070
为在线试验次数编号，
Figure 581183DEST_PATH_IMAGE071
为测量次数编号。 
（5）无模型估计后处理：在控制工作点的无模型后处理阶段，根据无模型控制方法初始设定重复试验次数
Figure 489097DEST_PATH_IMAGE005
，调用（4）进行控制工作点在线试验直至试验次数
Figure 562095DEST_PATH_IMAGE070
达到
Figure 592368DEST_PATH_IMAGE005
，此时可计算在控制工作点
Figure 688500DEST_PATH_IMAGE060
处的重量估计值: 
Figure 960956DEST_PATH_IMAGE072
。 
    （6）控制工作点验证：如果控制工作点处的重量估计值
Figure 27318DEST_PATH_IMAGE073
满足： 
Figure 673063DEST_PATH_IMAGE074
，表示绝对值运算，则此时认为重量指标初步达到，否则转步骤（7）；因为噪声等不确定因素的原因，需要进行另外
Figure 970369DEST_PATH_IMAGE007
次附加验证测试，调用步骤（4）次,通过下式获得验证值
Figure 976950DEST_PATH_IMAGE076
: 
Figure 92674DEST_PATH_IMAGE077
； 如果验证值满足
Figure 994771DEST_PATH_IMAGE078
，则最优工艺参数控制工作点
Figure 475431DEST_PATH_IMAGE079
，转（8）；否则接步骤（7）。 
    （7）控制工作点计数：控制工作点计数，如果
Figure 248138DEST_PATH_IMAGE081
，则转步骤（2）；否则，需要返回步骤（1）重新调整优化目标和参数。 
（8）最优控制工作点实施： 即是本方法所找到的最优控制工作点。根据
Figure 921882DEST_PATH_IMAGE083
，在注塑成型机操作面板上分别设置重量控制相关的工艺参数，使得工艺参数
Figure 763936DEST_PATH_IMAGE067
的设定值为
Figure 722927DEST_PATH_IMAGE084
；在该最优工作点上进行在线实施，所生产的注塑制品重量将满足控制目标。 
图3为本发明中单纯形方法产生控制工作点的流程示意图。 
实施例
下面以一种塑料放大镜手柄的重量控制为例说明本发明提出的一种注塑成型制品无模型重量控制方法的实施过程。 
首先,进入步骤（1）对方法进行初始化；该制品的重量控制目标
Figure 599616DEST_PATH_IMAGE002
=6.5克，根据制品的重量波动情况，设置重量偏差容限
Figure 546713DEST_PATH_IMAGE085
克，重量波动方差容限克，重复试验次数，重复测量次数
Figure 304694DEST_PATH_IMAGE088
，验证试验次数
Figure 422691DEST_PATH_IMAGE089
，最大试验次数
Figure 177021DEST_PATH_IMAGE090
，单纯形算法系数；选择优化的过程参数为：注射压力、保压压力和保压时间，其中将注射段分为一段和二段分别进行控制，其分段点也是一个关键的工艺参数。这样在该制品重量控制问题中总共有5个工艺参数需要进行调节，选择工艺参数的初值为：，即注射一段压力为:67 bar（巴），注射二段压力为60 bar,注射一段和二段的分段点为40%的注射行程，保压压力为60 bar， 保压时间为10.5 second（秒）；对进行归一化，使得其每一维变量在[0,100]区间，归一化后向量
Figure 797303DEST_PATH_IMAGE093
。 
再转步骤（2）由单纯形方法迭代产生控制工作点序列，产生的序列由步骤（2）所述的单纯形方法序列产生流程来确定；假设产生的当前控制工作点为
Figure 134744DEST_PATH_IMAGE020
。 
在步骤（3）中, 对
Figure 778215DEST_PATH_IMAGE020
进行无模型估计预处理，产生可以在线实施的对应控制工作点
Figure 674233DEST_PATH_IMAGE060
； 
执行步骤（4）对控制工作点
Figure 465472DEST_PATH_IMAGE060
进行在线试验，根据
Figure 544286DEST_PATH_IMAGE060
改变注塑机参数设置，启动注塑过程，生产出一件制品，利用精密天平对该制品重量进行测量，并记录，总计测量三次，对应的测量值为: 
Figure 104580DEST_PATH_IMAGE094
,
Figure 938544DEST_PATH_IMAGE095
,
Figure 889183DEST_PATH_IMAGE096
。 
步骤（5） 对控制工作点进行无模型后处理,因重复试验次数
Figure 335470DEST_PATH_IMAGE087
，因此需要调用（4）, 最终生产
Figure 750271DEST_PATH_IMAGE087
件制品并记录其重量（
Figure 692819DEST_PATH_IMAGE097
,
Figure 193070DEST_PATH_IMAGE098
,
Figure 676004DEST_PATH_IMAGE099
；
Figure 148574DEST_PATH_IMAGE100
,
Figure 822875DEST_PATH_IMAGE101
,）；该点处的估计值即为。 
步骤（6） 对控制工作点
Figure 158545DEST_PATH_IMAGE060
进行验证：如果点的重量估计值
Figure 481521DEST_PATH_IMAGE104
满足： ，
Figure 753419DEST_PATH_IMAGE075
表示绝对值运算，则重量指标被认为近似达到，此时需要进行另外
Figure 5409DEST_PATH_IMAGE089
次附加验证测试，否则转（7）；验证测试时调用步骤（4） 
Figure 905232DEST_PATH_IMAGE089
次,通过下式获得验证值: 
Figure 533659DEST_PATH_IMAGE106
； 如果验证值满足
Figure 396180DEST_PATH_IMAGE107
，最优工艺参数控制设定值
Figure 756754DEST_PATH_IMAGE079
，转（8）；否则接步骤（7）。 
在步骤（7），试验工作点计数，如果
Figure 638308DEST_PATH_IMAGE108
，则转步骤（2）利用单纯形方法继续产生控制工作点；否则，需要返回步骤（1）重新调整优化目标和参数，重新执行新的控制过程。 
步骤（8）进行最优控制工作点实施。
Figure 528904DEST_PATH_IMAGE082
=[70，60，38，58，8.9]T即是本方法所找到的最优控制工作点。根据
Figure 388276DEST_PATH_IMAGE083
，在注塑成型机控制面板上分别设置焦距控制相关的工艺参数: 注射一段压力为:70 bar（巴），注射二段压力为60 bar,注射一段和二段的分段点为38%的注射行程，保压压力为58 bar， 保压时间为8.9 second（秒）。在该参数设置下所生产的注塑制品焦距将满足控制目标。 
图4为该实施例的一次控制过程示意图，经过20次迭代批次实验后无模型控制方法达到控制目标。结果显示本发明能够在少量试验批次下克服过程噪声搜索到设定的重量控制目标，并确保最优控制试验点的稳定性。 
如上所述，本发明利用注塑成型生产过程的低成本和批次可重复的特性实现无模型的快速产品重量控制，减少重量控制开销、缩短控制时间；实际应用结果显示本发明效果理想。 

Claims (2)

1.一种注塑成型制品重量无模型控制方法，其特征在于，该方法主要由以下步骤组成：
（1）方法初始化：设置无模型重量控制方法参数集                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中：为重量控制指标设定值，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为重量目标偏差容限，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为重量波动方差容限，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为重复试验次数，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为重复测量次数，为验证试验次数，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为最大试验点计数，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为单纯形方法系数；设有个工艺参数，可以将其分别定义为: 
Figure DEST_PATH_IMAGE022
；令
Figure DEST_PATH_IMAGE024
表征由这些工艺参数组合所形成的第个控制工作点；由操作人员设定初始控制工作点
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 796444DEST_PATH_IMAGE020
为工艺参数个数； 将
Figure DEST_PATH_IMAGE030
进行归一化，归一化后的控制工作点向量为
Figure DEST_PATH_IMAGE032
；设置控制工作点计数
Figure DEST_PATH_IMAGE034
； 
（2） 基于单纯形方法的控制工作点迭代：设生产的连续控制工作点序列为
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；其中
Figure DEST_PATH_IMAGE038
已进行重量估计，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为新的待估计的控制工作点向量，由单纯形方法迭代产生， 
（3）无模型估计预处理：待估计的控制工作点是一个归一化后的工艺参数组合向量；在预处理阶段，将
Figure 680272DEST_PATH_IMAGE040
进行反归一化可得到对应的物理工艺参数
Figure DEST_PATH_IMAGE042
；转换后需要确保
Figure 137799DEST_PATH_IMAGE042
仍然满足工艺参数物理约束；设为工艺参数可行域，如果
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE048
；否则，取，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为欧几里得范数，即用工艺参数可行域中距离
Figure 100242DEST_PATH_IMAGE042
最近的点来代替作为替代的控制工作点；
（4）控制工作点在线试验：根据控制工作点
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，在注塑成型机操作面板上修改对应的工艺参数值，使得第
Figure DEST_PATH_IMAGE056
个工艺参数的设定值为
Figure DEST_PATH_IMAGE058
；通过注塑成型机生产塑料制品，并利用电子天平测量制品重量,重复测量
Figure 314372DEST_PATH_IMAGE012
次并记录相应重量测量值
Figure DEST_PATH_IMAGE060
；其中
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为在线试验次数编号，为测量次数编号；
（5）无模型估计后处理：在控制工作点的无模型后处理阶段，根据无模型控制方法初始设定重复试验次数
Figure 575589DEST_PATH_IMAGE010
，调用（4）进行控制工作点在线试验直至试验次数
Figure 244467DEST_PATH_IMAGE062
达到
Figure 300148DEST_PATH_IMAGE010
，此时可计算在控制工作点
Figure 54478DEST_PATH_IMAGE042
处的重量估计值: 
Figure DEST_PATH_IMAGE066
；
（6）控制工作点验证：如果控制工作点
Figure 853806DEST_PATH_IMAGE042
处的重量估计值
Figure DEST_PATH_IMAGE068
满足： 
Figure DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
表示绝对值运算，则此时认为重量指标初步达到，否则转步骤（7）；因为噪声等不确定因素的原因，需要进行另外
Figure 439508DEST_PATH_IMAGE014
次附加验证测试，调用步骤（4）
Figure 931670DEST_PATH_IMAGE014
次,通过下式获得验证值
Figure DEST_PATH_IMAGE074
: 
Figure DEST_PATH_IMAGE076
； 如果验证值满足
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，则最优工艺参数控制工作点，转（8）；否则接步骤（7）；
（7）控制工作点计数：控制工作点计数
Figure DEST_PATH_IMAGE082
，如果
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，则转步骤（2）；否则，需要返回步骤（1）重新调整优化目标和参数；
（8）最优控制工作点实施： 
Figure DEST_PATH_IMAGE086
即是本方法所找到的最优控制工作点；根据
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，在注塑成型机操作面板上分别设置重量控制相关的工艺参数，使得工艺参数
Figure 360246DEST_PATH_IMAGE056
的设定值为
Figure DEST_PATH_IMAGE090
；在该最优工作点上进行在线实施，所生产的注塑制品重量将满足控制目标。
2.根据权利要求1所述注塑成型制品重量无模型控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述
Figure 697686DEST_PATH_IMAGE040
具体产生方法如下：
（a）构建初始单纯形：通过序贯摄动方法依次在每一维上摄动工艺参数,其中第k个控制点为：，表示
Figure 403474DEST_PATH_IMAGE032
的第
Figure DEST_PATH_IMAGE096
维分量，k=2,...,n+1；而摄动率
Figure DEST_PATH_IMAGE098
在[5%-20%]之间，是一个随机数；依次产生
Figure 800957DEST_PATH_IMAGE020
个控制工作点，每个控制工作点都作为新控制工作点进行无模型估计；
Figure 529879DEST_PATH_IMAGE020
个新控制工作点与初始向量
Figure 608693DEST_PATH_IMAGE032
一起构成初始单纯形
Figure DEST_PATH_IMAGE100
,设该单纯形对应的重量估计值向量为
Figure DEST_PATH_IMAGE102
，令单纯形计数
Figure DEST_PATH_IMAGE104
；
（b）单纯形排序：将单纯形
Figure DEST_PATH_IMAGE106
的顶点根据其对应重量响应值
Figure DEST_PATH_IMAGE108
和设定值间距离的远近（
Figure DEST_PATH_IMAGE110
）进行排序，表示距离最近的点，
Figure DEST_PATH_IMAGE114
表示距离最远点，
Figure DEST_PATH_IMAGE116
表示次远点；
（c）反射：根据
Figure DEST_PATH_IMAGE118
产生发射工作点，其中.通过无模型估计获得
Figure DEST_PATH_IMAGE124
,
Figure DEST_PATH_IMAGE126
；如果，转（d）；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE130
，转（e）； 其他情况下，用
Figure 480572DEST_PATH_IMAGE120
代替
Figure DEST_PATH_IMAGE132
，转（g）；
（d） 膨胀:根据 
Figure DEST_PATH_IMAGE134
产生膨胀点
Figure DEST_PATH_IMAGE136
，通过无模型估计获得
Figure DEST_PATH_IMAGE138
,
Figure DEST_PATH_IMAGE140
；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE142
，用
Figure 439170DEST_PATH_IMAGE136
代替
Figure 389808DEST_PATH_IMAGE132
,转（g）；否则用
Figure 272314DEST_PATH_IMAGE120
代替
Figure 687114DEST_PATH_IMAGE132
,转（g）；
（e） 收缩:根据式
Figure DEST_PATH_IMAGE144
产生收缩点
Figure DEST_PATH_IMAGE146
；通过无模型估计获得
Figure DEST_PATH_IMAGE148
,
Figure DEST_PATH_IMAGE150
；当
Figure DEST_PATH_IMAGE152
，
Figure DEST_PATH_IMAGE154
；否则，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
.收缩后，比较收缩点和收缩参考点
Figure DEST_PATH_IMAGE158
，如果
Figure DEST_PATH_IMAGE160
，用
Figure 816613DEST_PATH_IMAGE146
代替
Figure 316865DEST_PATH_IMAGE132
，转（g）；否则，收缩没有带来重量控制指标改善，转（f）执行塌缩操作；
（f） 塌缩:执行塌缩操作将除最近点
Figure 737482DEST_PATH_IMAGE112
外的所有顶点由下式计算并替换：
Figure DEST_PATH_IMAGE162
, 
Figure DEST_PATH_IMAGE164
；接（g）；
（g） 令
Figure DEST_PATH_IMAGE166
,将更新后的单纯形顶点和保留顶点构成新的单纯形
Figure 272368DEST_PATH_IMAGE106
,通过无模型估计获得单纯形中顶点已更新但未进行重量估计的顶点对应的重量；如果所有顶点
Figure DEST_PATH_IMAGE168
都已估计，则转（b）；在整个过程中，
Figure 448135DEST_PATH_IMAGE100
、
Figure 373365DEST_PATH_IMAGE120
、
Figure 659990DEST_PATH_IMAGE136
、
Figure 721487DEST_PATH_IMAGE146
及
Figure 68155DEST_PATH_IMAGE162
等迭代控制工作点构成无模型重量控制中的迭代控制点序列。
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