CN112987672B - 用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法及装置,该方法包括:采用传感器采集陶瓷渗花墨水混线生产过程中的测量参数后,根据测量参数,根据预先设立的陶瓷渗花墨水混线生产的化工过程动态模型计算获得当前陶瓷渗花墨水混线生产的墨水品种的时变函数向量,然后基于时变函数向量,采用增益调度模型预测控制算法得出控制律参数,再根据控制律参数,采用增益调度控制算法,计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数,最后根据增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线。本方法采用增益调度控制算法可以实时调整控制器参数,增益调度控制算法根据墨水品种变化进行自动调整,且鲁棒性高,可广泛应用于瓷砖生产行业中。
Description
技术领域
本发明涉及计算机处理领域,特别是涉及一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法和装置。
背景技术
随着社会的发展,各种工业产品的应用越来越广泛,陶瓷作为一种重要的建筑、装饰材料,其得到了广泛的应用,具有巨大的市场。随着科技的发展,目前在陶瓷的生产过程中,陶瓷喷墨打印技术得到了较为广泛的应用,可以提高陶瓷的生产效率。目前技术中,虽然陶瓷喷墨打印技术极大提升了仿古砖、全抛釉、微晶石等瓷砖产品的装饰效果,但是陶瓷渗花墨水及其喷墨陶瓷的制备工艺和生产过程中,只适应于单一品种生产,其控制器不能随着墨水品种变化而变化,如果需要生产多种品种,需要人工进行干预,自动化控制水平还比较低,导致生产效率低。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明的目的是提供用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法和装置。
本申请实施例第一方面提供了一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法,包括以下步骤:
采用传感器采集陶瓷渗花墨水混线生产过程中的测量参数,所述测量参数包括pH值、温度、浓度;
根据所述测量参数,根据预先设立的陶瓷渗花墨水混线生产的化工过程动态模型计算获得当前陶瓷渗花墨水混线生产的墨水品种的时变函数向量;
基于所述时变函数向量,采用增益调度模型预测控制算法得出控制律参数;
根据所述控制律参数,采用增益调度控制算法,计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数;
根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线。
在一个实施例中,所述时变函数向量包括根据所述测量参数计算获得的参数向量。
在一个实施例中,所述化工过程动态模型包括第一连续搅拌反应釜、第二连续搅拌反应釜和快速分离釜,所述第一连续搅拌反应釜的输出作为所述第二连续搅拌反应釜的输入,所述第二连续搅拌反应釜的输出作为所述快速分离釜的输入。
在一个实施例中,所述增益调度控制参数包括用于控制第一连续搅拌反应釜的第一控制参数、用于控制第二连续搅拌反应釜的第二控制参数和用于控制快速分离釜的第三控制参数。
在一个实施例中,所述化工过程动态模型的动力学方程如下:
其中,A表示第一连续搅拌反应釜和第二连续搅拌反应釜的反应物,B表示A所转化的产物,C表示A在转化过程的副产品,D表示溶剂;将第一连续搅拌反应釜、第二连续搅拌反应釜和快速分离釜依次简称为容器1、容器2、容器3,将A转化为B的反应称为反应1,将A转化为C的反应称为反应2,则上述方程中的参数分别表示:
CA1、CA2、CA3分别表示A在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CB1、CB2、CB3分别表示B在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CC1、CC2、CC3分别表示C在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CAr、CBr、CCr分别表示A,B,C在循环中的质量分数,单位为kmol/m3;
CA10、CA20分别表示容器1、容器2进料流中A的质量分数,单位为kmol/m3;
Cp分别表示热容,单位为kJ/kgK;
ρ表示产物B的浓度,单位为kmol/m3;
E1(θ)、E2(θ)分别表示反应1、反应2的活化能,单位为kJ/kmol;
θ分别表示为不同墨水品种对应的时变函数,是关于浓度的函数;
F1、F2、F3分别表示容器1、容器2、容器3的出水流量,单位为m3/h;
F10、F20分别表示进料流至容器1、容器2的流量,单位为m3/h;
Fr分别表示循环流量,单位为m3/h;
Hvap分别表示汽化热,单位为kJ/kmol;
ΔH1、ΔH2分别表示反应1、反应2的反应热,单位为kJ/kmol;
k1、k2分别表示反应1、反应2的指前因子值,单位为1/h;
MHA、MHB、MHC分别表示A,B,C的分子量,单位为;kg/kmol
Q1、Q2、Q3分别表示第一控制参数、第二控制参数和第三控制参数,代表容器1、容器2、容器3的热量输入/排出,单位为kJ/h;
R分别表示气体常数,单位为kJ/kmolK;
T1、T2、T3分别表示容器1、容器2、容器3中的温度,单位为K;
T10、T20分别表示到容器1、容器2的进料流温度,单位为K;
V1、V2、V3分别表示容器1,2,3的体积,单位为m3;
αA,αB,αC,αD分别表示A,B,C,D的相对挥发度。
在一个实施例中,所述计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数,其具体通过下式进行计算:
其中,u(k)表示增益调度控制参数,u(k)=[Q1 Q2 Q3]T,L表示墨水品种的总数,λ表示墨水品种的序号,θλ表示时变函数向量,Fk表示控制律参数,且Wk,λ表示一个正定的矩阵参数,Yk,λ(λ=1,…,L)表示一个任意矩阵,且Wk,λ和Yk,λ(λ=1,…,L)的数值可以通过求解如下线性矩阵不等式优化问题获得:
其中,γk表示控制性能指标所能达到的上限,I表示单位矩阵。
在一个实施例中,根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线中,具体通过以下系统状态变化方程实现对陶瓷渗花墨水混线生产线的控制:
x(k+1)=A(θ)x(k)+B(θ)u(k)
其中,x(k)∈Rn表示可测系统状态,包含化工过程动态模型里所有的状态量:CA1、CA2、CA3、CB1、CB2、CB3、CC1、CC2、CC3、T1、T2、T3;x(k+1)表示更新后的状态,矩阵A(θ)和矩阵B(θ)是对化工过程动态模型的雅克比矩阵进行离散化得到的矩阵,与时变函数向量θ相关,0≤θλ≤1,
本申请实施例第二方面提供了一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度装置,包括:
采集单元,用于采用传感器采集陶瓷渗花墨水混线生产过程中的测量参数,所述测量参数包括pH值、温度、浓度;
第一计算单元,用于根据所述测量参数,根据预先设立的陶瓷渗花墨水混线生产的化工过程动态模型计算获得当前陶瓷渗花墨水混线生产的墨水品种的时变函数向量;
第二计算单元,用于基于所述时变函数向量,采用增益调度模型预测控制算法得出控制律参数;
第三计算单元,用于根据所述控制律参数,采用增益调度控制算法,计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数;
控制单元,用于根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线。
本申请实施例第三方面提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行上述的用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法。
本申请实施例第四方面提供了一种电子设备,包括:处理器和存储器;其中,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行上述的用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法。
本申请实施例的有益效果是:本申请实施例通过采用传感器采集陶瓷渗花墨水混线生产过程中的测量参数后,根据所述测量参数,根据预先设立的陶瓷渗花墨水混线生产的化工过程动态模型计算获得当前陶瓷渗花墨水混线生产的墨水品种的时变函数向量,然后基于所述时变函数向量,采用增益调度模型预测控制算法得出控制律参数,再根据所述控制律参数,采用增益调度控制算法,计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数,最后根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线。本方法采用增益调度控制算法可以实时调整控制器参数,增益调度控制算法根据墨水品种变化(对应时变参数向量变化)进行自动调整,从而本方法具有更好的控制性能,且鲁棒性高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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说明,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法的流程图;
图2是本申请实施例的一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法的控制原理示意图;
图3是本申请实施例的一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度装置的系统框图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在下述介绍中,术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的,用于区分同类对象,而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例,不同实施例之间可以替换或者合并组合,因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而,如果一个实施例包含特征A、B、C,另一个实施例包含特征B、D,那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例,尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
下面的描述提供了示例,并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下,对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行,并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外,可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
参照图1,本申请实施例提供了一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法,包括以下步骤:
S20、采用传感器采集陶瓷渗花墨水混线生产过程中的测量参数,所述测量参数包括pH值、温度、浓度;
S40、根据所述测量参数,根据预先设立的陶瓷渗花墨水混线生产的化工过程动态模型计算获得当前陶瓷渗花墨水混线生产的墨水品种的时变函数向量;
S60、基于所述时变函数向量,采用增益调度模型预测控制算法得出控制律参数;
S80、根据所述控制律参数,采用增益调度控制算法,计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数;
S100、根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线。
增益调度的目的是使控制器和模型参数相关,从而本方法中,由于时变函数向量是根据测量参数计算获得的,因此,应用增益调度控制算法可以实时调整控制参数,从而相对比固定状态反馈控制律的鲁棒控制获得更好的控制性能,通过设计增益调度控制算法可以降低控制器设计的保守性,本控制方法的采用将显著提高陶瓷渗花墨水生产效率,自动化程度高。
在一个实施例中,所述时变函数向量包括根据时间计算获得的参数向量或根据所述测量参数计算获得的参数向量。时变函数向量用于增益调度控制过程的调度控制。本实施例中,时变函数向量包括根据浓度计算获得的参数向量。
在一个实施例中,所述化工过程动态模型包括第一连续搅拌反应釜、第二连续搅拌反应釜和快速分离釜,所述第一连续搅拌反应釜的输出作为所述第二连续搅拌反应釜的输入,所述第二连续搅拌反应釜的输出作为所述快速分离釜的输入。
在一个实施例中,所述增益调度控制参数包括用于控制第一连续搅拌反应釜的第一控制参数、用于控制第二连续搅拌反应釜的第二控制参数和用于控制快速分离釜的第三控制参数。
在一个实施例中,所述化工过程动态模型的动力学方程如下:
其中,A表示第一连续搅拌反应釜和第二连续搅拌反应釜的反应物,B表示A所转化的产物,C表示A在转化过程的副产品,D表示溶剂;将第一连续搅拌反应釜、第二连续搅拌反应釜和快速分离釜依次简称为容器1、容器2、容器3,将A转化为B的反应称为反应1,将A转化为C的反应称为反应2,则上述方程中的参数分别表示:
CA1、CA2、CA3分别表示A在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CB1、CB2、CB3分别表示B在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CC1、CC2、CC3分别表示C在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CAr、CBr、CCr分别表示A,B,C在循环中的质量分数,单位为kmol/m3;
CA10、CA20分别表示容器1、容器2进料流中A的质量分数,单位为kmol/m3;
Cp表示热容,单位为kJ/kgK;
ρ表示产物B的浓度,单位为kmol/m3;
E1(θ)、E2(θ)分别表示反应1、反应2的活化能,单位为kJ/kmol;
θ分别表示为不同墨水品种对应的时变函数,是关于浓度的函数;
F1、F2、F3分别表示容器1、容器2、容器3的出水流量,单位为m3/h;
F10、F20分别表示进料流至容器1、容器2的流量,单位为m3/h;
Fr分别表示循环流量,单位为m3/h;
Hvap分别表示汽化热,单位为kJ/kmol;
ΔH1、ΔH2分别表示反应1、反应2的反应热,单位为kJ/kmol;
k1、k2分别表示反应1、反应2的指前因子值,单位为1/h;
MHA、MHB、MHC分别表示A,B,C的分子量,单位为;kg/kmol
Q1、Q2、Q3分别表示第一控制参数、第二控制参数和第三控制参数,代表容器1、容器2、容器3的热量输入/排出,单位为kJ/h;
R分别表示气体常数,单位为kJ/kmolK;
T1、T2、T3分别表示容器1、容器2、容器3中的温度,单位为K;
T10、T20分别表示到容器1、容器2的进料流温度,单位为K;
V1、V2、V3分别表示容器1,2,3的体积,单位为m3;
αA,αB,αC,αD分别表示A,B,C,D的相对挥发度。
在一个实施例中,所述计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数,其具体通过下式进行计算:
其中,u(k)表示增益调度控制参数,u(k)=[Q1 Q2 Q3]T,L表示墨水品种的总数,λ表示墨水品种的序号,θλ表示时变函数向量,Fk表示控制律参数,且Wk,λ表示一个正定的矩阵参数,Yk,λ(λ=1,…,L)表示一个任意矩阵,且Wk,λ和Yk,λ(λ=1,…,L)的数值可以通过求解如下线性矩阵不等式优化问题获得:
其中,γk表示控制性能指标所能达到的上限,I表示单位矩阵。
在一个实施例中,根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线中,具体通过以下系统状态变化方程实现对陶瓷渗花墨水混线生产线的控制:
x(k+1)=A(θ)x(k)+B(θ)u(k)
其中,x(k)∈Rn表示可测系统状态,包含化工过程动态模型里所有的状态量:CA1、CA2、CA3、CB1、CB2、CB3、CC1、CC2、CC3、T1、T2、T3;x(k+1)表示更新后的状态,矩阵A(θ)和矩阵B(θ)是对化工过程动态模型的雅克比矩阵进行离散化得到的矩阵,与时变函数向量θ相关,0≤θλ≤1,由于参数向量θ值可以在线测量或估计,可以采用增益调度控制算法得出的控制律参数来改善控制性能,增益调度控制算法根据墨水品种变化(对应时变参数向量变化)进行自动调整,从而本方法具有更好的控制性能,且鲁棒性高。
本申请实施例第二方面提供了一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度装置,包括:
采集单元,用于采用传感器采集陶瓷渗花墨水混线生产过程中的测量参数,所述测量参数包括pH值、温度、浓度;
第一计算单元,用于根据所述测量参数,根据预先设立的陶瓷渗花墨水混线生产的化工过程动态模型计算获得当前陶瓷渗花墨水混线生产的墨水品种的时变函数向量;
第二计算单元,用于基于所述时变函数向量,采用增益调度模型预测控制算法得出控制律参数;
第三计算单元,用于根据所述控制律参数,采用增益调度控制算法,计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数;
控制单元,用于根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线。
本实施例提供的计算机存储介质,可执行本发明前述实施例提供的增益调度装置,具体相应的功能和有益效果。
本申请实施例第三方面提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行上述的用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法。本实施例提供的计算机存储介质,可执行本发明前述实施例提供的增益调度方法,具体相应的功能和有益效果。
本申请实施例第四方面提供了一种电子设备,包括:处理器和存储器;其中,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行上述的用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法。本实施例提供的电子设备,可执行本发明前述实施例提供的增益调度方法,具体相应的功能和有益效果。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用传感器采集陶瓷渗花墨水混线生产过程中的测量参数,所述测量参数包括pH值、温度、浓度;
根据所述测量参数,根据预先设立的陶瓷渗花墨水混线生产的化工过程动态模型计算获得当前陶瓷渗花墨水混线生产的墨水品种的时变函数向量,所述化工过程动态模型包括第一连续搅拌反应釜、第二连续搅拌反应釜和快速分离釜,所述第一连续搅拌反应釜的输出作为所述第二连续搅拌反应釜的输入,所述第二连续搅拌反应釜的输出作为所述快速分离釜的输入,所述时变函数向量包括根据所述测量参数计算获得的参数向量;所述化工过程动态模型的动力学方程如下:
其中,A表示第一连续搅拌反应釜和第二连续搅拌反应釜的反应物,B表示A所转化的产物,C表示A在转化过程的副产品,D表示溶剂;将第一连续搅拌反应釜、第二连续搅拌反应釜和快速分离釜依次简称为容器1、容器2、容器3,将A转化为B的反应称为反应1,将A转化为C的反应称为反应2,则上述方程中的参数分别表示:
CA1、CA2、CA3分别表示A在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CB1、CB2、CB3分别表示B在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CC1、CC2、CC3分别表示C在容器1、容器2、容器3中的质量分数,单位为kmol/m3;
CAr、CBr、CCr分别表示A,B,C在循环中的质量分数,单位为kmol/m3;
CA10、CA20分别表示容器1、容器2进料流中A的质量分数,单位为kmol/m3;
Cp分别表示热容,单位为kJ/kgK;
ρ表示产物B的浓度,单位为kmol/m3;
E1(θ)、E2(θ)分别表示反应1、反应2的活化能,单位为kJ/kmol;
θ分别表示为不同墨水品种对应的时变函数,是关于浓度的函数;
F1、F2、F3分别表示容器1、容器2、容器3的出水流量,单位为m3/h;
F10、F20分别表示进料流至容器1、容器2的流量,单位为m3/h;
Fr分别表示循环流量,单位为m3/h;
Hvap分别表示汽化热,单位为kJ/kmol;
ΔH1、ΔH2分别表示反应1、反应2的反应热,单位为kJ/kmol;
k1、k2分别表示反应1、反应2的指前因子值,单位为1/h;
MHA、MHB、MHC分别表示A,B,C的分子量,单位为;kg/kmol
Q1、Q2、Q3分别表示第一控制参数、第二控制参数和第三控制参数,代表容器1、容器2、容器3的热量输入/排出,单位为kJ/h;
R分别表示气体常数,单位为kJ/kmolK;
T1、T2、T3分别表示容器1、容器2、容器3中的温度,单位为K;
T10、T20分别表示到容器1、容器2的进料流温度,单位为K;
V1、V2、V3分别表示容器1,2,3的体积,单位为m3;
αA,αB,αC,αD分别表示A,B,C,D的相对挥发度;
基于所述时变函数向量,采用增益调度模型预测控制算法得出控制律参数,所述增益调度控制参数包括用于控制第一连续搅拌反应釜的第一控制参数、用于控制第二连续搅拌反应釜的第二控制参数和用于控制快速分离釜的第三控制参数;
根据所述控制律参数,采用增益调度控制算法,计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数;
根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线。
4.一种用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度装置,其特征在于,包括:
采集单元,用于采用传感器采集陶瓷渗花墨水混线生产过程中的测量参数,所述测量参数包括pH值、温度、浓度;
第一计算单元,用于根据所述测量参数,根据预先设立的陶瓷渗花墨水混线生产的化工过程动态模型计算获得当前陶瓷渗花墨水混线生产的墨水品种的时变函数向量;
第二计算单元,用于基于所述时变函数向量,采用增益调度模型预测控制算法得出控制律参数;
第三计算单元,用于根据所述控制律参数,采用增益调度控制算法,计算对陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度控制参数;
控制单元,用于根据所述增益调度控制参数控制陶瓷渗花墨水混线生产线;
所述增益调度装置的增益调度方法如权利要求1~3任一项所述的增益调度方法 。
5.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机存储介质存储有多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1至3中任意一项的用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法。
6.一种电子设备,其特征在于,包括:处理器和存储器;其中,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行如权利要求1至3中任意一项的用于陶瓷渗花墨水混线生产的增益调度方法。
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