切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法

1.一种切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法，其特征在于，该方法依赖于一种重叠量控制系统，该重叠量控制系统的结构是，包括可编程控制器(1)，可编程控制器(1)分别与上位计算机(2)及触摸屏(3)交互连接，可编程控制器(1)另与操作台(4)连接，可编程控制器(1)还依次与变频器(5)、电机(6)、电机(6)上的负载(7)、位移传感器(8)首尾连接，构成一个闭合控制回路，
利用上述的重叠量控制系统，按照以下步骤实施：
步骤1、根据实际问题设置相关的参数
包括设置最大迭代次数为H，H为整数；迭代次数初值h＝0；切边圆盘剪重叠量所允许的最小偏差为M；惯性因子为w；PID参数调整变化率的约束因子为μ；加速因子为c1、c2；
PID参数范围为Xmax；
步骤2、产生N组初始的PID参数
确定N组初始的PID参数X，X＝[X1，X2，…，Xi，…，XN]'，其中的Xi＝[KP，KI，KD]，对于这N组PID参数的确定是随机的，其中的KP、KI、KD分别为PID控制中的比例、积分、微分系数；
步骤3、对PID参数进行评价
根据切边圆盘剪的重叠量控制中控制器的每一组PID参数，调用控制系统的适应度函数，计算出每一组控制器所控制的切边圆盘剪重叠量的偏差大小，作为每组及其全局最优PID参数的评价体系；
将控制系统误差性能指标来当作适应度函数，根据不同的误差性能指标能得到不同的参数优化，选择PID参数控制中的积分时间和绝对误差性能指标来进行适应度求取，即：
积分时间和绝对误差性能指标为：ITAE＝∫t|e|dt，其中的e为圆盘剪重叠量的偏差大小；
步骤4、对每组PID参数进行调整处理
在得到第i(i＝1，2，…，N)组及其全局最优PID参数后，接下来就是对这N组PID参数进行调整，调整工作通过PID参数调整方程进行，PID参数的调整方程为：
Vi(t+1)＝w*Vi(t)+c1*r1(t)*(Pg(t)-Xi(t))+c2*r2(t)*(Pi(t)-Xi(t))，Xi(t+1)＝Xi(t)+μ*Vi(t+1)，
|Vi(t)|≤Vmax，
Xi(t)≤Xmax，
其中，Vi(t)代表的是第t代的第i组PID参数调整变化率；
Xi(t)代表的是第t代的第i组PID参数值X；
w为惯性因子；c1、c2是加速因子；
μ为PID参数调整变化率的约束因子；
Pi(t)为i组的最优PID参数；
Pg(t)为全局最优PID参数；
r1(t)、r2(t)分别是在[1，0]之间的随机数；
Xmax为PID参数范围，是所有PID参数中每组参数所具有的取值范围；
Vmax是PID参数的调整变化率的范围，是每组PID参数调整变化率大小的界限，根据上述PID参数调整方程得到第h代的N组PID参数；
步骤5、对调整处理后的PID参数进行评价以得到当前的最优PID参数
根据得到的第h代的切边圆盘剪的重叠量控制中控制器的每一组PID参数，调用控制系统的适应度函数，计算出每一组PID参数所控制的切边圆盘剪重叠量的偏差大小；
然后与当前的最优PID参数Pi(t)所得到的偏差进行比较，得到第i(i＝1，2，…，N)组偏差最小的PID参数，作为这一组的最优PID参数Pi(t)；
最后将这N组最优PID参数进行比较，得到全局最优的PID参数Pg(t)；
步骤6、若迭代次数小于最大迭代次数H，或全局最优PID参数所得到的切边圆盘剪重叠量的偏差大于初始设定的最小偏差M，则需要另外设置迭代次数h＝h+1，转到步骤4重新处理；
否则即得到最终的最优PID参数，将电机的控制转速进行分段，然后对每段进行PID参数优化，实现对电机进行控制时根据其转速的不同使用不同的PID参数，达到最优控制。
2.根据权利要求1所述的切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法，其特征在于：所述步骤1中的设置参数中的优选值分别取w＝0.6，μ＝1，c1＝c2＝2。
3.根据权利要求1所述的切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法，其特征在于：所述步骤2中的KP、KI、KD取值范围均为[0，300]。

切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于工业控制技术领域，利用粒子群算法解决切边圆盘剪中重叠量控制器的参数优化问题，具体涉及一种切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法。\n背景技术\n[0002] 切边圆盘剪的控制精度对成品带材的质量有重要的影响，若精度没有达到剪切工艺的精度要求，就会引起带材的切边质量变差及带材跑偏的问题。在切边圆盘剪的控制问题中，重叠量的调整控制最为复杂。\n[0003] 国内现有的圆盘剪大都在保证控制精度的前提下，采用交流电机和变频调速控制系统来实现圆盘剪刀盘控制，通过传统的PID来实现控制。但由于重叠量变化与偏心套的旋转角度的变化为非线性关系，这给控制和测量带来一定的难度，同时对控制策略提出了更高的要求。\n[0004] 国外的高端纵剪圆盘剪，其重叠量的调整也大都通过人工手动操作，而且一般将调整机构布置在设备的操作侧，这种方式对左右机架重叠量调整的一致性及设备结构的科学性带来较大的负面影响。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的是提供一种切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法，解决现有的控制器参数依据经验设置，导致控制器的控制精度较差的问题。\n[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法，按照以下步骤实施：\n[0007] 步骤1、根据实际问题设置相关的参数\n[0008] 包括设置最大迭代次数为H，H为整数；迭代次数初值h=0；切边圆盘剪重叠量所允许的最小偏差为M；惯性因子为w；PID参数调整变化率的约束因子为μ；加速因子为c1、c2；\nPID参数范围为Xmax；\n[0009] 步骤2、产生N组初始的PID参数\n[0010] 确定N组初始的PID参数X，X=[X1，X2，...，Xi，...，XN]′，其中的Xi=[KP，KI，KD]，对于这N组PID参数的确定是随机的，其中的KP、KI、KD分别为PID控制中的比例、积分、微分系数；\n[0011] 步骤3、对PID参数进行评价\n[0012] 根据切边圆盘剪的重叠量控制中控制器的每一组PID参数，调用控制系统的适应度函数，计算出每一组控制器所控制的切边圆盘剪重叠量的偏差大小，作为每组及其全局最优PID参数的评价体系；\n[0013] 将控制系统误差性能指标来当作适应度函数，根据不同的误差性能指标能得到不同的参数优化，选择PID参数控制中的积分时间和绝对误差性能指标来进行适应度求取，即：\n[0014] 积分时间和绝对误差性能指标为：ITAE＝∫t|e|dt，其中的e为圆盘剪重叠量的偏差大小；\n[0015] 步骤4、对每组PID参数进行调整处理\n[0016] 在得到第i(i=1，2，…，N)组及其全局最优PID参数后，接下来就是对这N组PID参数进行调整，调整工作通过PID参数调整方程进行，PID参数的调整方程为：\n[0017] Vi(t+1)＝w*Vi(t)+c1*r1(t)*(Pg(t)-Xi(t))+c2*r2(t)*(Pi(t)-Xi(t))，[0018] Xi(t+1)＝Xi(t)+μ*Vi(t+1)，\n[0019] |Vi(t)|≤Vmax，\n[0020] Xi(t)≤Xmax，\n[0021] 其中，Vi(t)代表的是第t代的第i组PID参数调整变化率；\n[0022] Xi(t)代表的是第t代的第i组PID参数值X；\n[0023] w为惯性因子；c1、c2是加速因子；\n[0024] μ为PID参数调整变化率的约束因子；\n[0025] Pi(t)为i组的最优PID参数；\n[0026] Pg(t)为全局最优PID参数；\n[0027] r1(t)、r2(t)分别是在[1，0]之间的随机数；\n[0028] Xmax为PID参数范围，是所有PID参数中每组参数所具有的取值范围；\n[0029] Vmax是PID参数的调整变化率的范围，是每组PID参数调整变化率大小的界限，[0030] 根据上述PID参数调整方程得到第h代的N组PID参数；\n[0031] 步骤5、对调整处理后的PID参数进行评价以得到当前的最优PID参数[0032] 根据得到的第h代的切边圆盘剪的重叠量控制中控制器的每一组PID参数，调用控制系统的适应度函数，计算出每一组PID参数所控制的切边圆盘剪重叠量的偏差大小；\n[0033] 然后与当前的最优PID参数Pi(t)所得到的偏差进行比较，得到第i(i=1，2，…，N)组偏差最小的PID参数，作为这一组的最优PID参数Pi(t)；\n[0034] 最后将这N组最优PID参数进行比较，得到全局最优的PID参数Pg(t)；\n[0035] 步骤6、若迭代次数小于最大迭代次数H，或全局最优PID参数所得到的切边圆盘剪重叠量的偏差大于初始设定的最小偏差M，则需要另外设置迭代次数h=h+1，转到步骤4重新处理；\n[0036] 否则即得到最终的最优PID参数，将电机的控制转速进行分段，然后对每段进行PID参数优化，实现对电机进行控制时根据其转速的不同使用不同的PID参数，达到最优控制。\n[0037] 本发明的有益效果是，利用对切边圆盘剪重叠量调整电机的减速距离，得到切边圆盘剪的重叠量与其目标值之间的偏差，并结合粒子群算法，实现对切边圆盘剪重叠量控制中的控制器参数的优化；通过调整切边圆盘剪重叠量控制中的控制器参数，在满足初始设定最大迭代次数的条件下，使得控制器的参数达到最优。\n[0038] 本发明是针对国产圆盘剪的控制要求，通过智能优化的方法实现控制器参数的优化，以提高系统的控制精度和控制性能。\n附图说明\n[0039] 图1为本发明方法中的重叠量控制系统（工作原理）框图。\n[0040] 图中，1.可编程控制器，2.上位计算机，3.触摸屏，4.操作台，5.变频器，6.电机，\n7.负载，8.位移传感器。\n具体实施方式\n[0041] 如图1所示，是本发明切边圆盘剪的重叠量控制器参数优化方法所涉及的重叠量控制系统（或圆盘剪控制系统）的示意图，该结构是，包括可编程控制器1，可编程控制器1分别与上位计算机2及触摸屏3交互连接，可编程控制器1另与操作台4连接，可编程控制器1还依次与变频器5、电机6、电机6上的负载7、位移传感器8首尾连接，构成一个闭合控制回路。\n[0042] 重叠量控制系统的控制机理为：可编程控制器1根据从上位计算机2、触摸屏3或操作台4得到的传送带材的厚度、刀盘直径等参数，计算出重叠量的当前值，并从与负载7连接的位移传感器8的反馈位移量进行比较，通过变频器5控制电机6的转速，实现切边圆盘剪重叠量的调整控制。\n[0043] 在上述重叠量控制系统中，主要实现的是对电机6减速点的确定。本发明方法通过变频器5控制电机6的减速点，从而达到对切边圆盘剪重叠量的调整，优化可编程控制器的控制参数(以下简称PID参数)，使得切边圆盘剪重叠量的偏差达到最小。\n[0044] 本发明方法用于对切边圆盘剪重叠量控制中的控制器参数进行优化，基于上述的控制系统及控制机理，按照以下步骤实施：\n[0045] 步骤1、根据实际问题设置相关的参数\n[0046] 包括设置最大迭代次数为H(H为整数)；迭代次数初值h=0；切边圆盘剪重叠量所允许的最小偏差为M；惯性因子为w；PID参数调整变化率的约束因子为μ；加速因子为c1、c2；PID参数范围为Xmax，\n[0047] 上述设置参数中的优选值分别取w=0.6，μ=1，c1=c2=2。\n[0048] 步骤2、产生N组初始的PID参数\n[0049] 确定N组初始的PID参数X，X=[X1，X2，...，Xi，...，XN]′，其中的Xi=[KP，KI，KD]，对于这N组PID参数的确定是随机的，其中的KP、KI、KD分别为PID控制中的比例、积分、微分系数，KP、KI、KD取值范围均为[0，300]。\n[0050] 步骤3、对PID参数进行评价\n[0051] 切边圆盘剪重叠量控制器参数优化问题的目标是切边圆盘剪重叠量的偏差最小，因此本发明方法的评价体系即切边圆盘剪重叠量的偏差大小。\n[0052] 根据切边圆盘剪的重叠量控制中控制器的每一组PID参数，调用控制系统的适应度函数，计算出每一组控制器所控制的切边圆盘剪重叠量的偏差大小，作为每组及其全局最优PID参数的评价体系。\n[0053] 适应度函数是对每代求得的结果进行评定的重要环节，本发明中将控制系统误差性能指标来当作适应度函数，根据不同的误差性能指标能得到不同的参数优化，本发明方法选择PID参数控制中的积分时间和绝对误差性能指标来进行适应度求取，即：\n[0054] 积分时间和绝对误差性能指标为：ITAE＝∫t|e|dt，其中的e为圆盘剪重叠量的偏差大小。\n[0055] 步骤4、对每组PID参数进行调整处理\n[0056] 在得到第i(i=1，2，…，N)组及其全局最优PID参数后，接下来就是对这N组PID参数进行调整，调整工作主要通过PID参数调整方程进行，PID参数的调整方程为：\n[0057] Vi(t+1)＝w*Vi(t)+c1*r1(t)*(Pg(t)-Xi(t))+c2*r2(t)*(Pi(t)-Xi(t))，[0058] Xi(t+1)＝Xi(t)+μ*Vi(t+1)，\n[0059] |Vi(t)|≤Vmax，\n[0060] Xi(t)≤Xmax，\n[0061] 其中，Vi(t)代表的是第t代的第i组PID参数调整变化率；\n[0062] Xi(t)代表的是第t代的第i组PID参数值X；\n[0063] w为惯性因子；c1、c2是加速因子；\n[0064] μ为PID参数调整变化率的约束因子；\n[0065] Pi(t)为i组的最优PID参数；\n[0066] Pg(t)为全局最优PID参数；\n[0067] r1(t)、r2(t)分别是在[1，0]之间的随机数；\n[0068] Xmax为PID参数范围，是所有PID参数中每组参数所具有的取值范围；\n[0069] Vmax是PID参数的调整变化率的范围，是每组PID参数调整变化率大小的界限；\n[0070] 根据上述PID参数调整方程得到第h代的N组PID参数。\n[0071] 步骤5、对调整处理后的PID参数进行评价以得到当前的最优PID参数[0072] 根据得到的第h代的切边圆盘剪的重叠量控制中控制器的每一组PID参数，调用控制系统的适应度函数，计算出每一组PID参数所控制的切边圆盘剪重叠量的偏差大小；\n[0073] 然后与当前的最优PID参数Pi(t)所得到的偏差进行比较，得到第i(i=1，2，…，N)组偏差最小的PID参数，作为这一组的最优PID参数Pi(t)；\n[0074] 最后将这N组最优PID参数进行比较，得到全局最优的PID参数Pg(t)。\n[0075] 步骤6、若迭代次数小于最大迭代次数H，或全局最优PID参数所得到的切边圆盘剪重叠量的偏差大于初始设定的最小偏差M，则需要另外设置迭代次数h=h+1，转到步骤4重新处理；\n[0076] 否则即得到最终的最优PID参数，将电机的控制转速进行分段，然后对每段进行PID参数优化，实现对电机进行控制时根据其转速的不同使用不同的PID参数，达到最优控制。\n[0077] 本发明的方法，在切边圆盘剪的控制系统中引入粒子群优化算法对参数进行优化分析，粒子群算法具有较好的收敛性，将其用于解决切边圆盘剪重叠量中的控制器参数优化中，能够有效地提高控制器的控制精度，为提高圆盘剪控制过程的自动化和智能化做出了有益的尝试。