專利名稱：一種注塑成型制品重量無模型控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及注塑成型制品重量控制領(lǐng)域，特別地，涉及一種注塑成型制品重量無 模型控制方法。
背景技術(shù)：
注塑成型是一種常用的、重要的塑料加工成型方法。而成型制品的重量是注塑制 品的一項(xiàng)重要質(zhì)量性能指標(biāo)。注塑成型制品的重量控制對(duì)于制品質(zhì)量控制有重要意義。然 而，注塑成型過程是一個(gè)復(fù)雜的、多階段、多變量的和非線性的間歇生產(chǎn)過程。影響注塑制 品重量的因素眾多，同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在噪聲等不確定因素，造成注塑成型制品的 重量控制實(shí)現(xiàn)困難，成本高昂。從產(chǎn)品質(zhì)量控制的角度，目前在注塑成型重量控制領(lǐng)域，常用的重量控制方法包 括第一，試湊法，它通過操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)節(jié)來獲得一個(gè)較優(yōu)的控制工作點(diǎn)，這種 方法雖然簡單易行，但是非常費(fèi)時(shí)、低效，且嚴(yán)重依賴于操作人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)；第二，試驗(yàn)設(shè) 計(jì)法，該方法通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來確定試驗(yàn)方案，實(shí)施試驗(yàn)并采集各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)重量信息，再對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行分析或擬合，通過近似的擬合模型來預(yù)測最優(yōu)工作點(diǎn)實(shí)現(xiàn)制品重量控制；該方法的 優(yōu)點(diǎn)在于通過精心設(shè)計(jì)的試驗(yàn)可以減少試驗(yàn)次數(shù)，并且可以給出一個(gè)近似的質(zhì)量模型；其 缺陷在于，試驗(yàn)設(shè)計(jì)法仍然需要較多的經(jīng)驗(yàn)輔助、在線實(shí)施困難，也只能找到近似的局部最 優(yōu)工作點(diǎn)，因此該方法的控制精度不高；第三，基于模型的重量控制方法；該方法需要有一 個(gè)先驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鳛榛A(chǔ)，根據(jù)其依賴的模型不同可以分為機(jī)理模型和基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的辨識(shí)回 歸模型兩大類。該方法在已有模型的基礎(chǔ)上雖然具備實(shí)施簡單，可以離線進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)；但是 由于注塑成型過程的復(fù)雜性，塑料制品的重量表征難以實(shí)現(xiàn)，制品重量與各工藝參數(shù)之間 的機(jī)理模型無法準(zhǔn)確建立。而基于數(shù)據(jù)的回歸模型一般都需要通過大量的實(shí)驗(yàn)獲得，往往 工作量大，并且模型的外推性也不理想；因此模型是該方法的一大瓶頸。與此同時(shí)，注塑成 型過程具有工作點(diǎn)變化頻繁的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要改變材料、模具和一些工 作條件。在這些要素發(fā)生改變的情況下，原模型精度根本無法適用于新的生產(chǎn)過程。因此， 基于模型的注塑制品重量控制方法往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、精力和試驗(yàn)來建立過程模型 且其控制精度也必然受限于相應(yīng)的模型精度，這導(dǎo)致該方法在實(shí)際控制過程中效率低下、 控制精度不能有效保證。綜上所述，目前常用的重量控制方法往往要求操作人員有很充足的經(jīng)驗(yàn)并且需要 大量的試驗(yàn)和時(shí)間投入，重量控制實(shí)現(xiàn)成本很高，效率低下，也不利于節(jié)能減排和環(huán)境保 護(hù)。 考慮到注塑過程具有單位生產(chǎn)成本低、快速、易重復(fù)的特點(diǎn)，即使在最初的幾個(gè)甚 至于幾十個(gè)批次生產(chǎn)的制品質(zhì)量不滿足要求，只要重量能夠不斷逼近設(shè)定控制指標(biāo)并且在 一定批次后達(dá)到要求，其消耗的資金成本和時(shí)間成本相對(duì)于目前傳統(tǒng)的重量控制方法可忽 略不計(jì)。因此，我們根據(jù)注塑成型生產(chǎn)過程的低成本和批次可重復(fù)性，提出了一種基于單純 形方法的無模型重量控制方法。
單純形方法是一種直接搜索優(yōu)化方法，由Nelder和Mead在1965年提出。(Nelder， J. Α. ； Mead, R.，A Simplex-Method for Function Minimization. Computer Journal 1965，7，(4)，308-313.)該方法優(yōu)點(diǎn)在于搜索過程不依賴于迭代點(diǎn)的梯度信息，而只需 要函數(shù)值信息；因此實(shí)施方便，同時(shí)效率也較高；但是該方法對(duì)噪聲和干擾敏感，在噪聲和 干擾存在的條件下，效率較低甚至于出現(xiàn)算法停滯等現(xiàn)象；無法直接在無模型控制過程中 實(shí)施。本發(fā)明利用單純形方法來迭代產(chǎn)生控制工作點(diǎn)序列，充分利用了單純形方法的優(yōu)勢(shì)， 同時(shí)對(duì)單純形方法進(jìn)行修改使其適合于在無模型情況下應(yīng)用，從而提出了一種注塑成型制 品重量無模型控制方法。該方法既繼承了單純形方法的優(yōu)勢(shì)，又克服了干擾，具備較好的魯 棒性和抗噪聲性。 總體而言，本發(fā)明利用注塑成型生產(chǎn)過程的低成本和批次可重復(fù)的特性實(shí)現(xiàn)快速 產(chǎn)品無模型重量控制，減少重量控制的試驗(yàn)開銷、縮短控制時(shí)間；這對(duì)于提高注塑成型過程 的重量控制效率和在工業(yè)生產(chǎn)過程中具體落實(shí)節(jié)能減排有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有注塑成型制品重量控制方法的不足，供一種與傳統(tǒng)的 控制方法不同類型的、更高效的重量無模型控制方法。本發(fā)明利用單純形方法來迭代產(chǎn)生 控制工作點(diǎn)序列，并通過無模型方式在線實(shí)施，從而對(duì)每個(gè)控制工作點(diǎn)進(jìn)行有效的、抗干擾 的重量估計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)在少量試驗(yàn)批次下快速達(dá)到滿意的控制目標(biāo)。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用了如下的技術(shù)方案一種注塑成型制品無模型重 量控制方法，該方法由以下步驟組成
(1)方法初始化設(shè)置無模型重量控制方法參數(shù)集
權(quán)利要求
1. 一種注塑成型鏡片焦距無模型控制方法，其特征在于，該方法主要由以下步驟組成(1)方法初始化設(shè)置無模型重量控制方法參數(shù)集 Ω=[Ε%,μ,σ,τ^, ；α,戽;,其中 為重量控制指標(biāo)設(shè)定值，#為重量目標(biāo) 偏差容限τ力重量波動(dòng)方差容限，τ為重復(fù)試驗(yàn)次數(shù)ζ為重復(fù)測量次數(shù)，；T為驗(yàn)證試驗(yàn) 次數(shù)，Ji^為最大試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)數(shù)， α在K句為單純形方法系數(shù)；設(shè)有《個(gè)工藝參數(shù)，可以將其分別定義為；令、=[；^^…，^^/表征由這些工藝參數(shù)組合所形成的第個(gè)控制工作點(diǎn)；由操作人員設(shè)定初始控制工作點(diǎn)巧=[4、…，氺J，％為工藝參數(shù)個(gè)數(shù)；將巧進(jìn)行歸一化，歸一化后的控制工作點(diǎn)向量為巧；設(shè)置控制工作點(diǎn)計(jì)數(shù)￡ = O ；(2)基于單純形方法的控制工作點(diǎn)迭代設(shè)生產(chǎn)的連續(xù)控制工作點(diǎn)序列為 ；其中^1-I1已進(jìn)行重量估計(jì)，ζ為新的待估計(jì)的控制工作點(diǎn)向量，由單純形方法迭代產(chǎn)生；(3)無模型估計(jì)預(yù)處理待估計(jì)的控制工作點(diǎn)S是一個(gè)歸一化后的工藝參數(shù)組合向 量；在預(yù)處理階段，將巧進(jìn)行反歸一化可得到對(duì)應(yīng)的物理工藝參數(shù)& ；轉(zhuǎn)換后需要確保 &仍然滿足工藝參數(shù)物理約束；設(shè)Ξ為工藝參數(shù)可行域，如果& εΞ ,則& = & ；否則，取 x^argmmdx-^l^eH},其中為歐幾里得范數(shù)，即用工藝參數(shù)可行域中距離& 最近的點(diǎn)來代替&作為替代的控制工作點(diǎn)；(4)控制工作點(diǎn)在線試驗(yàn)根據(jù)控制工作點(diǎn)X5= [xf,…J"，在注塑成型機(jī)操作面板上修改對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)值，使得第i個(gè)工藝參數(shù)的設(shè)定值為xf1 ；通過注塑成型機(jī) 生產(chǎn)塑料制品，并利用電子天平測量制品重量，重復(fù)測量曰次并記錄相應(yīng)重量測量值 Wftj = Ir^Gi ;其中,為在線試驗(yàn)次數(shù)編號(hào)，j為測量次數(shù)編號(hào)；(5)無模型估計(jì)后處理在控制工作點(diǎn)的無模型后處理階段，根據(jù)無模型控制方法初始 設(shè)定重復(fù)試驗(yàn)次數(shù)τ，調(diào)用(4)進(jìn)行控制工作點(diǎn)在線試驗(yàn)直至試驗(yàn)次數(shù)？達(dá)到τ，此時(shí)可計(jì)算在控制工作點(diǎn)處的重量估計(jì)值,產(chǎn)丄α,” ； λT^mtiM(6)控制工作點(diǎn)驗(yàn)證如果控制工作點(diǎn)？處的重量估計(jì)值K滿足 =表示絕對(duì)值運(yùn)算，則此時(shí)認(rèn)為重量指標(biāo)初步達(dá)到，否則轉(zhuǎn)步驟(7);因?yàn)樵肼暤炔淮_定因素的原因，需要進(jìn)行另夕I次附加驗(yàn)證測試，調(diào)用步驟(4) 次，通過下式獲得驗(yàn)證值T:r7V K=J /ι、ΣΣΧ_ ；如果驗(yàn)證值滿足 2)Ι (· "+1) ^ μMs (,/-f‘F」S σ,則最優(yōu)工藝參數(shù)控制工作點(diǎn)= ’轉(zhuǎn)(8)；否則接步驟(7)；(7)控制工作點(diǎn)計(jì)數(shù)控制工作點(diǎn)計(jì)數(shù)s= ,如果s <M ，則轉(zhuǎn)步驟(2)；否則，需 要返回步驟(1)重新調(diào)整優(yōu)化目標(biāo)和參數(shù)；(8)最優(yōu)控制工作點(diǎn)實(shí)施=…即是本方法所找到的最優(yōu)控制工作 點(diǎn)；根據(jù),在注塑成型機(jī)操作面板上分別設(shè)置重量控制相關(guān)的工藝參數(shù)，使得工藝參數(shù)k的設(shè)定值為；在該最優(yōu)工作點(diǎn)上進(jìn)行在線實(shí)施，所生產(chǎn)的注塑制品重量將滿足控制 目標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述注塑成型鏡片焦距無模型控制方法，其特征在于，所述步驟(2) 中，所述巧具體產(chǎn)生方法如下(a)構(gòu)建初始單純形通過序貫攝動(dòng)方法依次在每一維上攝動(dòng)工藝參數(shù)，其中第k 個(gè)控制點(diǎn)為耳Sf^表示巧的第汰-1)維分量，k=2,. . . , n+1 ；而攝動(dòng)率在[5%-20%]之間，是一個(gè)隨機(jī)數(shù)；依次產(chǎn)生H個(gè)控制工作點(diǎn)，每個(gè)控制工作點(diǎn)都作為 新控制工作點(diǎn)進(jìn)行無模型估計(jì)；《個(gè)新控制工作點(diǎn)與初始向量巧一起構(gòu)成初始單純形K = …，設(shè)該單純形對(duì)應(yīng)的重量估計(jì)值向量為巧= Λ,-··，Λ+1},令單純形計(jì)數(shù) k=\ ；(b)單純形排序?qū)渭冃?amp;的頂點(diǎn)根據(jù)其對(duì)應(yīng)重量響應(yīng)值巧和設(shè)定值間距離的遠(yuǎn) 近= (巧-『!；))進(jìn)行排序h表示距離最近的點(diǎn)η i表示距離最遠(yuǎn)點(diǎn)，表示次遠(yuǎn)占.(c)反射根據(jù) =(1+功 -0^+1產(chǎn)生發(fā)射工作點(diǎn) ，其中 =^^。)/;f ·通 過無模型估計(jì)獲得 ，餌；如果i^wh15⑷，轉(zhuǎn)⑷；如果 D( )> ),轉(zhuǎn)(e)；其他情況下，用ν縛代替ν +1，轉(zhuǎn)(g)；(d)膨脹根據(jù)產(chǎn)生膨脹點(diǎn)Vep，通過無模型估計(jì)獲得 ，D=—;如果叫％>餌、)，用、代替 +1，轉(zhuǎn)(g);否則用 代替 Vv+1，轉(zhuǎn)(g)；(e)收縮根據(jù)式4= (1_歷、+歷產(chǎn)生收縮點(diǎn)％ ；通過無模型估計(jì)獲得Jii ，D(Vij) = 、丨Dfv^} > D (v+1)， v,+1 ；否則，·收縮后，比較收縮點(diǎn)和收縮參考點(diǎn)、W_，如果
全文摘要
本發(fā)明公開了一種注塑成型制品重量無模型控制方法，本發(fā)明針對(duì)注塑成型生產(chǎn)過程中存在的操作參數(shù)變化頻繁、過程建模困難、模型精度有限等問題，利用注塑成型生產(chǎn)過程的低成本和批次可重復(fù)的特性實(shí)現(xiàn)無模型的快速產(chǎn)品重量控制，本發(fā)明有助于減少制品重量控制過程的試驗(yàn)開銷、縮短控制時(shí)間；這對(duì)于提高注塑成型過程的重量控制效率，實(shí)現(xiàn)注塑成型工業(yè)生產(chǎn)過程中的節(jié)能減排有重要意義。
文檔編號(hào)B29C45/76GK102101352SQ20101059945
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者孔祥松, 王喆, 邵之江, 陳曦 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)