CN109578264B - 芯片生产用空压机的稳压方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种芯片生产用空压机的稳压方法，包括：获取空气压缩机的稳态工况数据；根据稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；获取储气罐压力和排气压力；将储气罐压力和排气压力输入模糊控制器，得到模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；利用模糊控制器输出的变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定储气罐压力。由于本发明利用模糊控制器，根据储气罐压力和排气压力对空气压缩机的电机转速进行变频控制，保证电机转速和排气压力符合模糊控制器的模糊规则，使储气罐压力更稳定，避免出现上下波动较大的情况，满足芯片生产所需的高质量气动生产环境。相应的，本申请还公开了一种芯片生产用空压机的稳压系统、装置及存储介质。

Description

芯片生产用空压机的稳压方法、系统、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，特别涉及一种芯片生产用空压机的稳压方法、系统、装置及存储介质。
背景技术
空气压缩机是气动生产系统的核心设备，通过电动机或柴油机带动压缩机旋转将压缩后的空气存储于储气罐供生产设备使用，为启动生产设备提供动力。结构上空气压缩机一般由气体压缩机与储气罐两部分组成，储气罐内的气体压力需要保持稳定，以保证生产安全和生产设备的使用寿命。
目前，储气罐的气压调节一般采用基于储气罐压力的上下限位调压方法，即设定一个储气罐气压上下限值，当储气罐的气压高于上限值，空气压缩机停止工作，当储气罐的气压低于下限制，空气压缩机重新启动。这种调压方法会导致空气压缩机排气压力始终在上下限数值内波动，无法提供压力稳定的高质量空气动能，会降低生产设备启动部件的寿命，无法适用于精度较高气动生产过程如芯片生产，对空气压缩机频繁的停机启动操作会耗费不必要的功率。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种芯片生产用空压机的稳压方法、系统、装置及存储介质。其具体方案如下：
一种芯片生产用空压机的稳压方法，包括：
获取空气压缩机的稳态工况数据；
根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；
获取储气罐压力和排气压力；
将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；
利用所述模糊控制器输出的所述变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定所述储气罐压力。
优选的，所述稳态工况数据包括：
所述储气罐压力在预设压力范围时对应稳态的所述排气压力和所述电机转速；
则所述根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则的过程，具体包括：
将对应稳态的所述排气压力和所述电机转速分别模糊化，并构建一级模糊规则库；
合并所述一级模糊规则库中相同的规则，得到二级模糊规则库；
计算所述二级模糊规则库中各条规则的支持度和置信度，保留满足预设支持度和预设置信度的规则，得到三级模糊规则库；
判断所述三级模糊规则库中规则之间是否矛盾，如果是，则计算矛盾的规则的兴趣度，保留兴趣度最高的规则和无矛盾的其他规则，得到四级模糊规则库；
将所述四级模糊规则库中的规则设定为所述模糊规则。
优选的，所述获取空气压缩机的稳态工况数据的过程，具体包括：
对所述空气压缩机的历史数据进行聚类筛选和数据清理，然后利用滑动窗口法，得到所述稳态工况数据。
优选的，所述将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号的过程，具体包括：
将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，通过所述模糊控制器执行以下步骤：
对所述排气压力进行模糊化，根据所述储气罐压力对应的模糊规则进行模糊推理，得到模糊化后的排气压力对应的变频控制信号，对所述变频控制信号进行反模糊化后输出。
优选的，所述对所述排气压力进行模糊化的过程，具体包括：
利用三角形隶属度函数对所述排气压力进行模糊化。
优选的，所述对所述变频控制信号进行反模糊化的过程，具体包括：
利用重心法对所述变频控制信号进行反模糊化。
优选的，所述获取空气压缩机的稳态工况数据的过程，具体包括：
定期获取所述稳态工况数据；
则所述根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则的过程，具体还包括：
根据所述稳态工况数据更新所述模糊规则。
相应的，本发明公开了一种芯片生产用空压机的稳压系统，包括：
第一数据模块，用于获取空气压缩机的稳态工况数据；
规则设定模块，用于根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；
第二数据模块，用于获取储气罐压力和排气压力；
模糊推理模块，用于将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；
控制模块，用于利用所述模糊控制器输出的所述变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定所述储气罐压力。
相应的，本发明公开了一种芯片生产用空压机的稳压装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述芯片生产用空压机的稳压方法的步骤。
相应的，本发明公开了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述芯片生产用空压机的稳压方法的步骤。
本发明公开了一种芯片生产用空压机的稳压方法，包括：获取空气压缩机的稳态工况数据；根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；获取储气罐压力和排气压力；将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；利用所述模糊控制器输出的所述变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定所述储气罐压力。由于本发明利用模糊控制器，根据储气罐压力和排气压力对空气压缩机的电机转速进行变频控制，保证电机转速和排气压力符合模糊控制器的模糊规则，使储气罐压力更为稳定，避免出现上下波动较大的情况，满足芯片生产所需的高质量气动生产环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种芯片生产用空压机的稳压方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例中一种芯片生产用空压机的稳压系统的结构分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种芯片生产用空压机的稳压方法，参见图1所示，包括：
S1：获取空气压缩机的稳态工况数据；
可以理解的是，本实施例中的空压机，所指即为用于芯片生产的空气压缩机。
空气压缩机的稳态工况数据，由于已经确定是稳态工况下，因此这些数据只要准确对应即可，不要求必须在线获取，稳态工况数据可以是之前对空气压缩机进行试验时存储的历史数据，也即离线数据。
S2：根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；
可以理解的是，考虑到空气压缩机的实际运行过程中，其启动生产系统的机械结构、运行参数和对应数据都会发生变化，因此为了保证本实施例的稳压精度，需要根据空气压缩机的实际运行反馈校对调整模糊控制器，具体的，根据历史保留的运行数据定期获取新的稳态工况数据，根据新的稳态工况数据更新模糊规则，保证应用模糊控制器的模糊规则时，能够达到预期的稳压精度。
S3：获取储气罐压力和排气压力；
S4：将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；
S5：利用所述模糊控制器输出的所述变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定所述储气罐压力。
可以理解的是，变频控制信号可直接通过变频器作用于空气压缩机的电机，通过改变电机转速，根据排气压力实时调节空气压缩机储气罐进气量，以达到空气压缩机的稳压控制目的。
需要注意的是，在步骤S3-S5中，储气罐压力和排气压力不同于步骤S1中预存的稳态工况数据，是实时在线获取的气动生产系统的实际运行数据，模糊控制器中的模糊推理也是实时计算，之后输出的变频控制信号对空气压缩机进行实时控制，整个过程对计算速度有一定的要求。
本发明实施例公开了一种芯片生产用空压机的稳压方法，包括：获取空气压缩机的稳态工况数据；根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；获取储气罐压力和排气压力；将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；利用所述模糊控制器输出的所述变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定所述储气罐压力。由于本实施例利用模糊控制器，根据储气罐压力和排气压力对空气压缩机的电机转速进行变频控制，保证电机转速和排气压力符合模糊控制器的模糊规则，使储气罐压力更为稳定，避免出现上下波动较大的情况，满足芯片生产所需的高质量气动生产环境。
本发明实施例公开了一种具体的芯片生产用空压机的稳压方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
具体的，所述稳态工况数据包括：
所述储气罐压力在预设压力范围时对应稳态的所述排气压力和所述电机转速；
步骤S1中所述获取空气压缩机的稳态工况数据的过程，具体包括：
对所述空气压缩机的历史数据进行聚类筛选和数据清理，然后利用滑动窗口法，得到所述稳态工况数据。
其中，空气压缩机的历史数据包括空气压缩机的历史运行中通过传感模块采集得到的储气罐压力P1、排气压力P2和电机转速W三个运行变量的数据，采集间隔可设置为5分钟或其他时长。在进行数据采集时，以采样时刻对运行数据进行分组存储，每组均包含同一时刻的储气罐压力P1、排气压力P2和电机转速W。
进一步，对历史数据构建历史运行数据集合，主要采用基于聚类中心的分类方法，将采集的3个运行变量的数据逐个进行聚类，计算每个变量的聚类中心，选择每一类中与聚类中心相距较近的点，筛除与聚类中心相距较远的点，达到数据清洗和预处理的目的，然后构建历史运行数据集合。
以历史运行数据集合为基础，采用基于特征变量的滑动窗口法，以储气罐压力P1为特征变量对稳态工况数据点进行判别，选取储气罐压力P1波动较小的数据小组作为稳态工况数据，其构建过程如下：
选取空气压缩机的气罐压力值P1作为判别稳态特征变量；
在历史运行数据集合中，初步筛选不同排气压力P2下储气罐压力值P1接近额定压力值时的样本数据；
选取一个宽度为N的数据窗口，并将窗口在所选取的样本数据中滑动n-N+1次，其中n为选取的样本数据的个数；
利用如下公式计算每次滑动后每个窗口中数据的均值
Figure GDA0002648988980000063
与标准差σ，剔除标准差大于设定阈值的窗口中的数据；
Figure GDA0002648988980000061
将标准差小于设定阈值的窗口中的数据样本直接作为稳态工况数据。
可以理解的是，通过上述步骤，能够获取较为纯净准确的数据作为稳态工况数据，以便提高后续模糊规则的准确度。
则步骤S2中，本实施例以稳态工况数据为基础，采用模糊关联规则挖掘算法，对稳态工况数据中的排气压力P2和电机转速W进行关联规则推理，形成诸如
Figure GDA0002648988980000062
的IF-THEN形式关联规则语句，最后构成模糊控制器的模糊规则。步骤S2所述根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则的过程，具体包括：
S21：将对应稳态的所述排气压力P2和所述电机转速W分别模糊化；
模糊的集合个数为5，对应的语言变量依次表示为NB(极低)、NS(低)、ZR(正常)、PS(高)、PB(极高)。
S22：根据模糊化后的排气压力P2和电机转速W的对应关系，构建一级模糊规则库RULE1；合并所述一级模糊规则库RULE1中相同的规则，得到二级模糊规则库RULE2；
S23：计算所述二级模糊规则库RULE2中各条规则的支持度s和置信度c，保留满足预设支持度和预设置信度的规则，得到三级模糊规则库RULE3；
其中计算支持度s和置信度c的公式为：
Figure GDA0002648988980000071
式中，s为该规则的支持度；c为该规则的置信度；u(P2∪W)为该规则的隶属度，等于模糊化时排气压力P2的隶属度u(P2)与电机转速W的隶属度u(W)的乘积；m为该条规则的出现次数。
S24：判断所述三级模糊规则库RULE3中规则之间是否矛盾，如果是，则计算矛盾的规则的兴趣度I，保留兴趣度最高的规则和无矛盾的其他规则，得到四级模糊规则库RULE4；
其中，计算兴趣度I的公式具体为：
Figure GDA0002648988980000072
S25：将所述四级模糊规则库RULE4中的规则设定为所述模糊规则。
本发明实施例公开了一种具体的芯片生产用空压机的稳压方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
具体的，步骤S4中所述将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号的过程，具体包括：
将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，通过所述模糊控制器执行以下步骤：
对所述排气压力进行模糊化，根据所述储气罐压力对应的模糊规则进行模糊推理，得到模糊化后的排气压力对应的变频控制信号，对所述变频控制信号进行反模糊化后输出。
进一步的，所述对所述排气压力进行模糊化的过程，具体包括：
利用三角形隶属度函数对所述排气压力进行模糊化。
与上一实施例相似，模糊的集合个数为5，对应的语言变量表示依次为NB(极低)、NS(低)、ZR(正常)、PS(高)、PB(极高)，模糊论域取值范围为[-1,1]。模糊化完成后，原来的排气压力值被转化为模糊控制器可识别的模糊排气压力值，作为模糊推理的输入参数。
除了三角形隶属度函数外，本实施例还可以采用其他隶属度函数进行模糊化。
进一步的，所述对所述变频控制信号进行反模糊化的过程，具体包括：
利用重心法对所述变频控制信号进行反模糊化。
将模糊形式的变频控制信号转化为实数形式变频控制信号，转化方法如下式：
Figure GDA0002648988980000081
式中，k为电机转速W模糊化时模糊集合的个数，ui为模糊化时电机转速W对应模糊集合下各模糊集合中心的隶属度，vi为各模糊集合中心对应论域中的取值。
除了重心法外，还可以采用最大隶属度法或加权平均法实现反模糊化操作。
相应的，本发明实施例公开了一种芯片生产用空压机的稳压系统，参见图2所示，包括：
第一数据模块1，用于获取空气压缩机的稳态工况数据；
规则设定模块2，用于根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；
第二数据模块3，用于获取储气罐压力和排气压力；
模糊推理模块4，用于将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；
控制模块5，用于利用所述模糊控制器输出的所述变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定所述储气罐压力。
由于本实施例利用模糊控制器，根据储气罐压力和排气压力对空气压缩机的电机转速进行变频控制，保证电机转速和排气压力符合模糊控制器的模糊规则，使储气罐压力更为稳定，避免出现上下波动较大的情况，满足芯片生产所需的高质量气动生产环境。
相应的，本发明实施例公开了一种芯片生产用空压机的稳压装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文实施例任一项所述芯片生产用空压机的稳压方法的步骤。
具体的，有关所述芯片生产用空压机的稳压方法的具体细节可参照上文实施例中的详细描述，此处不再赘述。
其中，本发明实施例具有与上文实施例中所述芯片生产用空压机的稳压方法相同的有益效果，此处不再赘述。
相应的，本发明实施例公开了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文实施例任一项所述芯片生产用空压机的稳压方法的步骤。
具体的，有关所述芯片生产用空压机的稳压方法的具体细节可参照上文实施例中的详细描述，此处不再赘述。
其中，本发明实施例具有与上文实施例中所述芯片生产用空压机的稳压方法相同的有益效果，此处不再赘述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种芯片生产用空压机的稳压方法、系统、装置及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种芯片生产用空压机的稳压方法，其特征在于，包括：
获取空气压缩机的稳态工况数据；
根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；
获取储气罐压力和排气压力；
将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；
利用所述模糊控制器输出的所述变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定所述储气罐压力；
所述稳态工况数据包括：
所述储气罐压力在预设压力范围时对应稳态的所述排气压力和所述电机转速；
则所述根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则的过程，具体包括：
将对应稳态的所述排气压力和所述电机转速分别模糊化，并构建一级模糊规则库；
合并所述一级模糊规则库中相同的规则，得到二级模糊规则库；
计算所述二级模糊规则库中各条规则的支持度和置信度，保留满足预设支持度和预设置信度的规则，得到三级模糊规则库；
判断所述三级模糊规则库中规则之间是否矛盾，如果是，则计算矛盾的规则的兴趣度，保留兴趣度最高的规则和无矛盾的其他规则，得到四级模糊规则库；
将所述四级模糊规则库中的规则设定为所述模糊规则。
2.根据权利要求1所述芯片生产用空压机的稳压方法，其特征在于，所述获取空气压缩机的稳态工况数据的过程，具体包括：
对所述空气压缩机的历史数据进行聚类筛选和数据清理，然后利用滑动窗口法，得到所述稳态工况数据。
3.根据权利要求1所述芯片生产用空压机的稳压方法，其特征在于，所述将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号的过程，具体包括：
将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，通过所述模糊控制器执行以下步骤：
对所述排气压力进行模糊化，根据所述储气罐压力对应的模糊规则进行模糊推理，得到模糊化后的排气压力对应的变频控制信号，对所述变频控制信号进行反模糊化后输出。
4.根据权利要求3所述芯片生产用空压机的稳压方法，其特征在于，所述对所述排气压力进行模糊化的过程，具体包括：
利用三角形隶属度函数对所述排气压力进行模糊化。
5.根据权利要求3所述芯片生产用空压机的稳压方法，其特征在于，所述对所述变频控制信号进行反模糊化的过程，具体包括：
利用重心法对所述变频控制信号进行反模糊化。
6.根据权利要求1至5任一项所述芯片生产用空压机的稳压方法，其特征在于，所述获取空气压缩机的稳态工况数据的过程，具体包括：
定期获取所述稳态工况数据；
则所述根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则的过程，具体还包括：
根据所述稳态工况数据更新所述模糊规则。
7.一种芯片生产用空压机的稳压系统，其特征在于，包括：
第一数据模块，用于获取空气压缩机的稳态工况数据；
规则设定模块，用于根据所述稳态工况数据设定模糊控制器的模糊规则；
第二数据模块，用于获取储气罐压力和排气压力；
模糊推理模块，用于将所述储气罐压力和所述排气压力输入所述模糊控制器，得到所述模糊控制器进行模糊推理后输出的变频控制信号；
控制模块，用于利用所述模糊控制器输出的所述变频控制信号控制空气压缩机的电机转速，以稳定所述储气罐压力；
所述稳态工况数据包括：
所述储气罐压力在预设压力范围时对应稳态的所述排气压力和所述电机转速；
则所述规则设定模块具体用于：
将对应稳态的所述排气压力和所述电机转速分别模糊化，并构建一级模糊规则库；
合并所述一级模糊规则库中相同的规则，得到二级模糊规则库；
计算所述二级模糊规则库中各条规则的支持度和置信度，保留满足预设支持度和预设置信度的规则，得到三级模糊规则库；
判断所述三级模糊规则库中规则之间是否矛盾，如果是，则计算矛盾的规则的兴趣度，保留兴趣度最高的规则和无矛盾的其他规则，得到四级模糊规则库；
将所述四级模糊规则库中的规则设定为所述模糊规则。
8.一种芯片生产用空压机的稳压装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述芯片生产用空压机的稳压方法的步骤。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述芯片生产用空压机的稳压方法的步骤。
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