一種注塑成型過(guò)程迭代建模與優(yōu)化的制品重量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及注塑成型制品重量控制領(lǐng)域，特別地，涉及一種注塑成型過(guò)程迭代建 模與優(yōu)化的制品重量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 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(guò)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(guò)程。影響注塑制 品重量的因素眾多，造成注塑成型制品的重量控制實(shí)現(xiàn)困難，成本高昂。
[0003] 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(guò)操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)節(jié)來(lái)獲得一個(gè)較優(yōu)的控制工作點(diǎn)，這種 方法雖然簡(jiǎn)單易行，但是非常費(fèi)時(shí)、低效，且嚴(yán)重依賴(lài)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(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)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(guò)近似的擬合模型來(lái)預(yù)測(cè)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(guò)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(lèi)。該方法在已有模型的基礎(chǔ)上雖然具備實(shí)施簡(jiǎn)單，可以離線進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)；但是由于注 塑成型過(guò)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(wú)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(guò)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(guò)程 具有工作點(diǎn)變化頻繁的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(wú)法適用于新的生產(chǎn)過(guò)程。第四，基于單純 形方法的無(wú)模型重量控制方法；由于注塑過(guò)程具有單位生產(chǎn)成本低、快速、易重復(fù)的特點(diǎn)， 該方法利用單純形方法來(lái)迭代產(chǎn)生控制工作點(diǎn)序列，并利用在線試驗(yàn)的思想避免了對(duì)過(guò)程 模型的依賴(lài)。該方法雖然能在一定程度上減少重量控制的試驗(yàn)開(kāi)銷(xiāo)、縮短控制時(shí)間；但仍然 需要一定量的試驗(yàn)成本和控制時(shí)間，且方法的效率取決于其核心無(wú)模型算法的效率，具有 較難的收斂性。
[0004] 本發(fā)明結(jié)合注塑過(guò)程的快速、低成本以及過(guò)程的可重復(fù)性，并借鑒傳統(tǒng)方法中基 于模型與無(wú)模型控制方法各自的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種迭代建模和在線優(yōu)化的方法，即局部建 模、信賴(lài)域優(yōu)化、在線試驗(yàn)相結(jié)合的方法。其具有較高的優(yōu)化效率和較低的實(shí)驗(yàn)成本，一定 程度上解決建模過(guò)程中的模型失配問(wèn)題，并且具有一定的收斂性。這對(duì)于提高注塑成型過(guò) 程的重量控制效率和在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中具體落實(shí)節(jié)能減排有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 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與優(yōu)化方法的不足，提供一種 與現(xiàn)有方法不同思路的、更高效的重量控制方法。本發(fā)明結(jié)合已有方法中各自的優(yōu)點(diǎn)，提出 了一套邊建模邊優(yōu)化的優(yōu)化控制方法，包括迭代建模策略和信賴(lài)域優(yōu)化。其具有較高的優(yōu) 化效率和較低的實(shí)驗(yàn)成本，一定程度上解決建模過(guò)程中的模型失配問(wèn)題，并且具有一定的 收斂性。
[0006] 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：一種注塑成型過(guò)程迭代建模 與優(yōu)化的制品重量控制方法，該方法包括以下步驟：
[0007] (1)數(shù)據(jù)采集及初始化參數(shù)：設(shè)置參數(shù)集Ω = [Wtg, τ，k, N, U, C, ω ; {Ρ，λ，ε，μ}]Τ，其中，Wtg為制品重量控制指標(biāo)設(shè)定值，τ為重量目標(biāo)值的偏差容限， k為試驗(yàn)迭代次數(shù)，N為建模數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，U為建模數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)的上限，C為 模型殘差容限，ω為采樣半徑預(yù)設(shè)容限，{ρ，λ， ε，μ}為信賴(lài)域優(yōu)化中信賴(lài)域更新策 略的相關(guān)參數(shù)，其中ε >1，λ>1，〇〈ρ〈1，〇〈μ〈1 ;設(shè)有η個(gè)工藝參數(shù)，將其分別定義為： x(l),. . .，χ(η);令xk= [X k(l),. . .，xk(n)]T表征上一次優(yōu)化求解得到的注塑過(guò)程控制點(diǎn)， 即第k次工藝參數(shù)的工作點(diǎn)；令f (Xk)表征未知的注塑過(guò)程模型，Hlk(Xk)表征第k次迭代時(shí) 由采集數(shù)據(jù)回歸得到的代理模型；令y k= [xk，f Uk)]表征在工作點(diǎn)Xk處采集得到的實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)；令Yk= {y ο, ...，yk}表征第k次迭代時(shí)用于建模的數(shù)據(jù)集；隨機(jī)給定初始設(shè)定值Xci= [X 0 (1)，· · ·，X0 (η) ]Τ;設(shè)置迭代次數(shù) k = 0 ;
[0008] (2)初始狀態(tài)判斷及數(shù)據(jù)集更新：首先進(jìn)行初始狀態(tài)判斷，即當(dāng)前迭代次數(shù)判斷， 若當(dāng)前迭代次數(shù)k = 0,則為初始狀態(tài)，數(shù)據(jù)集保持為初始狀態(tài)；若當(dāng)前迭代次數(shù)k>0,則進(jìn) 行數(shù)據(jù)集的更新；數(shù)據(jù)集的更新與當(dāng)前數(shù)據(jù)集大小有關(guān)，若當(dāng)前數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)小于預(yù)設(shè) 上限，即N〈U，則將上一次迭代中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加入數(shù)據(jù)集，即Y k=YlrtU {yk};若當(dāng)前數(shù)據(jù)集 數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)等于預(yù)設(shè)上限，即N = U，則將上一次迭代中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加入數(shù)據(jù)集，并且剔除離 當(dāng)前迭代點(diǎn)最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)，即Yk= Yk-i u {y J \ {yfarthest}，其中，定義farthest = arg maxli； K N| Ixi-XneJ I，當(dāng)前迭代點(diǎn)，Xnew為上一次迭代產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)；
[0009] (3)模型結(jié)構(gòu)選擇及回歸建模：數(shù)據(jù)集更新后，針對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)集，進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)選 擇以獲得最合適的回歸模型；模型結(jié)構(gòu)選擇策略通過(guò)2層法實(shí)現(xiàn)：第一層，設(shè)置模型基個(gè) 數(shù)；第二層，在當(dāng)前模型基個(gè)數(shù)下，通過(guò)遍歷模型基組合和均方差準(zhǔn)則，找出模型基的最優(yōu) 組合；最后通過(guò)比較不同模型基個(gè)數(shù)下各自最優(yōu)的模型基組合，確定模型結(jié)構(gòu)；為了盡可 能多的用數(shù)學(xué)方程表達(dá)過(guò)程對(duì)象信息，從而將盡可能多的模型基選入模型結(jié)構(gòu)，因此，當(dāng)建 模數(shù)據(jù)量少，不足以得到完整二次多項(xiàng)式的模型時(shí)，第一層的模型基個(gè)數(shù)設(shè)置為建模數(shù)據(jù) 個(gè)數(shù)N，否則，設(shè)置為U ;在當(dāng)前模型基個(gè)數(shù)下，第二層通過(guò)比較不同組合的模型結(jié)構(gòu)，得到 最優(yōu)模型基組合，確定模型結(jié)構(gòu)；
[0010] (4)模型殘差校驗(yàn)：模型殘差校驗(yàn)通過(guò)數(shù)據(jù)集的更新，使得回歸模型在采樣點(diǎn)上 的殘差控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，具體為：定義模型殘差M/?= (叫(A)-/(AO2，即 為代理模型和真實(shí)過(guò)程模型在建模數(shù)據(jù)點(diǎn)上的殘差；如果殘差大于預(yù)設(shè)的容限C，即MR>C， 則距離當(dāng)前迭代點(diǎn)最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)將被刪除，即Yk= Yk\{yfarthest};否則，數(shù)據(jù)集保持不變；在一 次迭代中，此過(guò)程不斷重復(fù)，直到當(dāng)前模型殘差降低至預(yù)設(shè)的容限C ;
[0011] (5)模型惟一性判斷及臨界校驗(yàn)：隨著迭代過(guò)程的進(jìn)行，模型精度得到提高；模型 精度達(dá)到模型殘差容限C以后，即使構(gòu)建模型的數(shù)據(jù)集不完全一致，所構(gòu)建的模型保持不 變，信賴(lài)域優(yōu)化的結(jié)果同樣保持不變；因此，當(dāng)遠(yuǎn)離當(dāng)前迭代點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)被新得到的數(shù)據(jù)點(diǎn) 替換以后，用于建模的有效數(shù)據(jù)減少；當(dāng)有效數(shù)據(jù)減小到不足以得到一個(gè)唯一的模型時(shí)，模 型臨界校驗(yàn)將通過(guò)插值的方法，產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，通過(guò)注塑過(guò)程實(shí)驗(yàn)，可得到新的實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)，由此來(lái)保證模型的惟一性；
[0012] (6)信