基于支持向量机的中密度纤维板施胶系统复合控制的设计

摘要

我国是一个少林的国家，人均森林储蓄量仅0.01m3[1]。随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，我国对木材的需求也在逐年增加，木材供需矛盾日益突出。人造板是高效利用木材资源的主要方式，是木材工业中高增值、高技术含量的主要产业之一。中密度纤维板(medium density fiberboard，简称MDF)是人造板主要板种中发展速度最快的一种，具有轻质高强、结构细密、质地均匀、表面光洁、不易变形等优点。我国中密度纤维板的生产发展很快，目前已经成为全球中密度纤维板生产第一大国。
　　在中密度纤维板的生产制造过程中，施胶是一道非常关键的工序，它对中密度纤维板的物理力学性能、产品质量和制造成本有很大影响。施胶的主要任务是根据输入纤维量的变化，按照胶液的合理配比对纤维板进行定量施胶。施胶过程中施胶量与纤维量需要始终保持十分精确的配比，且保持高度动态平衡。但实际生产中，施胶过程往往受各种因素干扰，因此施胶系统是一个非线性、时变、存在耦合的系统。对于这种系统，传统的辨识方法难以建立其精确的模型，且传统的PID控制无法满足系统的控制要求。
　　针对难以对施胶系统建立较精确逆模型的问题，本文提出了采用最小二乘支持向量机辨识逆模型的方法。支持向量机克服了神经网络的过学习等缺点，具有全局最优、结构简单、泛化性能强等优点，是一种专门针对小样本的学习机器。本文分别用神经网络和支持向量机对施胶系统建立了逆模型，仿真结果表明，采用最小二乘算法的支持向量机所建立的逆模型具有较高的精度。
　　针对施胶系统非线性、控制精度不高的特点，本文提出了一种逆控制与PID控制相结合的复合控制方法，将施胶系统逆模型作为前馈控制器，由PID控制器构成反馈控制。该控制器发挥了逆控制和PID反馈控制各自的优势，具有结构简单的特点，经仿真证明可以得到很好的控制效果。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外中密度纤维板的研究现状和发展趋势

1．2．1 国内外中密度纤维板施胶技术的应用研究现状

1．2．2 我国中密度纤维板施胶技术存在的问题和发展趋势

1．3 课题研究的内容和方法

1．4 课题研究的目的和意义

2 中密度纤维板施胶工艺分析

2．1 中密度纤维板生产线概述

2．2 中密度纤维板施胶工艺及设备

2．2．1 中密度纤维板施胶工艺分析

2．2．2 中密度纤维板施胶设备

2．3 中密度纤维板的施胶量

2．3．1 施胶量对中纤板性能的影响

2．3．2 施胶量及其相关原料的计算

2．4 影响施胶的因素

2．5 施胶系统控制分析

2．6 本章小结

3 统计学习理论及支持向量机

3．1 引言

3．2 统计学习理论

3．2．1 机器学习问题

3．2．2 统计学习理论

3．3 支持向量机理论

3．3．1 最优分类超平面

3．3．2 支持向量分类机

3．3．3 支持向量回归机

3．3．4 核函数

3．3．5 支持向量机的研究及应用

3．4 本章小结

4 中密度纤维板施胶系统的复合控制

4．1 中密度纤维板施胶系统的工作原理

4．2 逆系统方法

4．2．1 逆系统的基本概念与原理

4．3 中密度纤维板施胶系统逆控制

4．3．1 系统的可逆性

4．3．2 基于支持向量机的逆控制

4．3．3 基于SVM的直接逆模型辨识

4．4 PID控制器

4．5 基于逆控制与PID控制器的复合控制器

4．6 本章小结

5 施胶系统复合控制器的实现与仿真

5．1 MDF施胶系统的组成元件

5．2 中密度纤维板施胶系统逆模型的建立

5．2．1 最小二乘支持向量机建模

5．2．2 LS-SVM模型参数的选择

5．2．3 基于LS-SVM的中密度纤维板施胶系统逆模型的建立与仿真

5．3 复合控制器控制效果的仿真

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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