变论域自适应模糊控制的木塑挤出机料筒温度控制研究

摘要

木塑复合材料作为一种新型绿色环保材料，现已在仓储、建筑、包装等领域得到应用。然而实际生产中，木塑挤出机料筒温度控制精度不足导致木塑复合材料大规模、高质量生产受到制约。因此，寻求一种高效率、高质量的控制方案成为提高生产效率、扩大推广范围最有效的途径。
　　本论文源于国家林业公益性行业科研专项“绿色节能木塑门窗关键技术研究与示范”(项目号:201204802)，针对木塑复合材料挤出工艺进行分析，并对挤出机温度控制特点进行深入研究，得出料筒温度控制精度是影响产品品质的重要因素之一。本文以木塑挤出机料筒温度为研究对象，通过对控制算法的改进，达到提高控制精度、减小系统波动获取一种最佳控制方案的目的。首先对挤出料筒温度控制的常用方案进行了分析，并在MATLAB中对PID控制、模糊控制、模糊自整定PID控制方案进行仿真，仿真结果表明上述料筒温度控制算法均无法达到预计控制精度。因此，本文提出将论域可变思想应用于料筒温度控制。在MATLAB中扩展S函数，对基于变论域自适应模糊控制、变论域自适应模糊PID控制的木塑挤出机料筒温度控制系统进行仿真，仿真结果表明上述方案具有超调小、上升时间短的优点，但不同伸缩因子的选取，会极大地影响控制效果，且该算法在零点附近会产生控制死区。
　　为进一步提升控制器性能，通过对变论域自适应模糊控制系统中的暂态、稳态参数的分析，结合变论域自适应模糊控制实际应用中存在的问题，对变论域自适应模糊控制算法中伸缩因子设计的难点，引入符号函数，设计监督控制并设计引入修正因子后的β自适应律，对变论域自适应模糊控制进行改进。仿真结果表明，优化后的基于变论域自适应模糊控制的料筒温度控制系统可有效地提高控制效果，避免控制死区的产生，且抗干扰能力良好，有利于提升挤出木塑成品品质，对绿色木塑复合材料制品的推广有非常重要意义。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究意义

1．2 木塑复合材料的发展及应用

1．3 国内外挤出机的发展与研究情况

1．4 论文主要研究内容

2 木塑复合材料挤出工艺及数学模型建立

2．1 木塑复合材料挤出工艺流程

2．1．1 木塑复合材料成型方式

2．1．2 挤出成型设备的分类及工艺

2．1．3 温度对木塑挤出过程的影响

2．2 木塑复合材料料筒温度控制系统建模

2．3 本章小结

3 木塑挤出机料筒温度的模糊自整定PID参数控制器设计

3．1 挤出机料筒温度常用控制方法的分析与仿真

3．2 模糊控制基本理论

3．2．1 模糊控制理论基础

3．2．2 模糊逻辑系统

3．2．3 模糊控制器设计

3．2．4 基本控制方法仿真

3．3 木塑挤出机料筒温度的模糊自整定PID参数控制器

3．3．1 模糊自整定PID参数控制系统框图

3．3．2 输入输出模糊化

3．3．3 隶属函数的选取

3．3．4 模糊规则状态表

3．3．5 仿真与分析

3．4 本章小结

4 木塑挤出机料筒温度变论域自适应模糊控制器设计

4．1 变论域自适应模糊控制研究现状及基础

4．1．1 变论域自适应模糊控制研究现状

4．1．2 变论域自适应模糊控制基础

4．2 木塑挤出机料筒温度的变论域自适应模糊控制器设计

4．2．1 变论域自适应模糊控制系统框图

4．2．2 输入输出模糊化

4．2．3 隶属函数的选取

4．2．4 模糊规则状态表

4．2．5 伸缩因子的选择

4．2．6 变论域自适应模糊控制仿真及分析

4．3 木塑挤出机料筒温度的变论域自适应模糊PID控制器

4．3．1 变论域模糊PID控制系统框图与模糊控制规则库

4．3．2 变论域自适应模糊PID控制器仿真与分析

4．4 木塑挤出机料筒温度的代伸缩因子变论域自适应模糊控制器

4．4．1 伸缩因子分析

4．4．2 改进型代伸缩因子变论域自适应控制器设计

4．4．3 改进型代伸缩因子变论域自适应控制仿真

4．5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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