本發(fā)明屬于導爆索藥劑裝填技術領域，涉及一種金屬管夯實高度的控制方法。

背景技術：

隨著引信技術的快速發(fā)展，導爆索藥柱成為了傳爆器件必不可少的組成原件。導爆索藥柱是以小口徑的金屬管作為裝藥載體，由于傳爆器要求導爆索能夠準確可靠地炮轟，性能穩(wěn)定等要求，為了達到這些目標，就必須保證導爆索藥柱中藥劑的堆積密度。由于導爆索藥柱管徑很小，只有幾毫米，加之導爆索藥柱裝填的高要求，根據(jù)目前對于藥劑裝填研究現(xiàn)狀的了解和分析發(fā)現(xiàn)國內大都采用半自動化和人工實現(xiàn)藥劑裝填。因此要實現(xiàn)導爆索藥劑裝填的自動化生產(chǎn)是一個挑戰(zhàn)。同時藥劑裝填的勞動強度大、生產(chǎn)效率低、存在一定安全隱患等缺點，有必要研究一種金屬管藥劑裝填的控制方法，完成控制系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)藥劑裝填的自動化生產(chǎn)，從而解放勞動力、提高生產(chǎn)質量和效率。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬管夯實高度的控制方法，該方法利用無模型自適應控制方法對金屬管藥劑裝填過程中的數(shù)據(jù)進行檢測和分析，對金屬管藥劑的夯實高度進行精確的控制，從而致使金屬管藥劑裝填工藝中堆積高度的控制。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種金屬管夯實高度的控制方法，該方法包括以下步驟：

1)建立基于緊格式的SISO無模型自適應控制器：

其中，式(1)為偽偏導數(shù)的估計算法，式(2)為控制率算法；

2)金屬管藥劑裝填過程參數(shù)的在線檢測：分析步驟1)中參數(shù)之間的關系，確定影響堆積高度的主要影響參數(shù)；

3)夯實過程中在線檢測參數(shù)的處理：對步驟2)確定主要影響參數(shù)夯實高度u(k)和堆積高度y(k)，并對其進行檢測得到{u(k),y(k)}；

4)偽偏導數(shù)的估算：對步驟3)檢測的{u(k),y(k)}通過偽偏導數(shù)的估計算法(式(1))估算出偽偏導數(shù)的值；

5)控制器輸出值的計算：根據(jù)金屬管藥劑裝填的期望堆積高度y*(k+1)得到此時的堆積高度差，對步驟4)的偽偏導數(shù)估計值通過控制率算法(式(2))獲得k時刻的應該施加到控制對象的夯實高度u(k)的值；

6){u(k+1),y(k+1)}的獲?。簩Σ襟E5)得到的夯實高度u(k)的值施加到夯實過程中，便得到新一組的夯實高度和堆積高度值{u(k+1),y(k+1)}；

7)控制算法的運行，重復以上步驟2)～5)，可以得到一系列的{u(k),y(k)},k＝1,2,...，直到金屬管藥劑裝填完成；

8)根據(jù)步驟2)～7)，完成金屬管藥劑堆積高度的控制。

根據(jù)金屬管藥粉的生產(chǎn)記錄，對于本發(fā)明金屬管藥劑夯實高度的控制方法進行模型仿真。

其中，步驟1)中建立的緊格式SISO無模型自適應控制器；其緊格式動態(tài)線性化系統(tǒng)如下；

一般SISO離散時間非線性系統(tǒng)如下：

y(k+1)＝f(y(k),···,y(k-n_y),μ(k),···,μ(k-n_μ)) (3)

其中，y(k)∈R，μ_k∈R分別表示在時刻k系統(tǒng)的輸出和輸入；n_y，n_μ是兩個未知的正整數(shù)，表示系統(tǒng)的階數(shù)；f(...)：為未知的非線性函數(shù)。

系統(tǒng)(3)應滿足以下兩個假設：

①除有限時刻點外，函數(shù)f(···)關于第n_y+2個變量的偏導數(shù)是連續(xù)的；

②除有限時刻點外，系統(tǒng)(2.1)滿足廣義Lipschitz條件的，即對任意的k₁≠k₂，k₁，k₂≥0和μ(k₁)≠μ(k₂)，有

|y(k₁+1)-y(k₂+1)|≤b|μ(k₁)-μ(k₂)|

其中y(k_i+1)＝f(y(k_i)，...，y(k_i-n_y)，μ(k_i)，...，μ(k_i-n_μ))，i＝1，2；b＞0是一個常數(shù)。

定理1：對滿足假設1)和假設2)的非線性系統(tǒng)式(3)，當|Δμ(k)|≠0時，一定存在一個被稱為偽偏導數(shù)(PPD)的時變參數(shù)使得系統(tǒng)(3)可以轉化為如下緊格式動態(tài)線性化(compat form dynamic linearization,CFDL)數(shù)據(jù)模型：

其中b是一個大于0的常數(shù)，即對任意時刻k有界，式(4)稱為系統(tǒng)(3)的泛模型，稱為特征向量。

①控制算法

對于離散時間系統(tǒng)，由最小化一步向前預報誤差準則函數(shù)得到的控制算法有可能產(chǎn)生過大的控制輸入，使控制系統(tǒng)本身遭到破壞，而由最小化加權一步向前預報誤差準則函數(shù)得到的控制算法有可能產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的跟蹤誤差。因此，考慮如下控制輸入準則函數(shù)

J(μ(k))＝|y^*(k+1)-y(k+1)|²+λ|μ(k)-μ(k-1)|² (5)

其中，λ＞0是一個權重因子，用來限制控制輸入量的變化；y*(k+1)為期望的輸出信號。

將式(4)代入準則函數(shù)(5)中，對μ(k)求導，并令其等于0?？傻萌缦驴刂扑惴?/p>

其中ρ∈(0，1]是步長因子，目的是使控制算法更具一般性。

控制算法(6)中的λ限制了控制輸入的變化Δμ(k)，在控制系統(tǒng)設計中經(jīng)常被用來保證控制輸入信號具有一定的平滑性。實際上，λ對MFAC系統(tǒng)設計非常重要。適當選取λ可保證被控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并能獲得較好的輸出特性。

②偽偏導數(shù)(PPD)估計算法

由定理1可知，滿足假設1)和假設2)的非線性系統(tǒng)(3)可由帶有時變PPD參數(shù)的動態(tài)線性化數(shù)學模型(4)來表示，基于控制輸入準則函數(shù)(5)的極小化，可設計出控制算法(6)，為實現(xiàn)控制算法(6)，則需要已知的PPD參數(shù)的值。由于系統(tǒng)的數(shù)學模型未知，PPD參數(shù)為時變參數(shù)，其精確值很難獲取，因此需要設計利用受控系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)來估計PPD參數(shù)的某種估計算法。

傳統(tǒng)的參數(shù)估計準則函數(shù)是極小化系統(tǒng)模型輸出與真實輸出之差的平方。然而，在應用由此類準則函數(shù)推導出的參數(shù)估計算法時，其參數(shù)估計值會對某些不準確的采樣數(shù)據(jù)過于敏感，為此提出了如下PPD參數(shù)估計準則函數(shù)

其中，μ＞0是權重因子。

對式(7)關于求極值，可得PPD的估計算法為

其中，η∈(0，1]是加長的步長因子，目的是使該算法具有更強的靈活性和一般性；為的估計值。

進一步，步驟2)中所述的堆積高度的主要影響因素為夯實高度，夯實高度因為機構強度和生產(chǎn)場地的限制，夯實高度有一定的取值范圍。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、根據(jù)現(xiàn)場金屬管藥粉裝填的生產(chǎn)記錄，擴寬了無模型自適應控制方法的應用領域，適應性更強；

2、通過無模型自適應控制算法設為金屬管藥粉裝填工藝分析及優(yōu)化提供理論指導；

3、通過無模型自適應控制算法設計的金屬管藥劑裝填控制系統(tǒng)的控制精度滿足要求，控制效果良好，生產(chǎn)穩(wěn)定；

4、通過無模型自適應控制算法設計的金屬管藥劑裝填控制系統(tǒng)取代了人工裝藥的高強度工作，解放了勞動力，提高了安全系數(shù)，實現(xiàn)控制目標精確控制。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為無模型自適應控制算法的控制效果圖；

圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。

本發(fā)明提供了一種金屬管夯實高度的控制方法，能夠使導爆索藥劑裝填入細長金屬管后藥劑的堆積高度達到穩(wěn)定高度，其基本思路是利用無模型自適應控制方法實現(xiàn)對金屬管藥劑顆粒夯實高度的精確控制，從而使金屬管藥劑裝填的質量達到導爆索藥柱裝填要求。

根據(jù)對導爆索藥柱裝填的工藝分析，金屬管內藥劑的堆積高度主要受金屬管被提升的夯實高度的影響。因此選取夯實高度作為控制器的輸出，金屬管內藥劑的堆積高度為控制器輸入。

通過上訴的分析，本發(fā)明的金屬管藥劑夯實高度的控制方法流程包括：1)金屬管藥劑裝填過程參數(shù)的在線檢測；2)夯實過程中在線檢測參數(shù)的處理；3)偽偏導數(shù)的估算；4)控制器輸出值得計算；5){u(k+1),y(k+1)}的獲取；6)控制算法的運行；7)金屬管藥劑夯實高度的仿真。圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。

1)金屬管藥劑裝填過程參數(shù)的在線檢測

針對本發(fā)明的金屬管夯實高度控制方法，對于過程參數(shù)的在線檢測通過高精度檢測傳感器對控制器參數(shù)進行檢測，以確?？刂茀?shù)的精確性和可靠性；

2)夯實過程中在線檢測參數(shù)的處理

夯實過程中在線檢測參數(shù)主要有夯實高度和堆積高度兩個參數(shù)，經(jīng)高精度檢測傳感器檢測后，經(jīng)過處理器對數(shù)據(jù)進行處理，使二者檢測的結果量化后的量綱與理論量綱一致；

3)偽偏導數(shù)的估算

根據(jù)在線檢測的控制參數(shù)夯實高度和堆積高度{u(k),y(k)}，根據(jù)偽偏導數(shù)估計算法

計算偽偏導數(shù)的值；

4)控制器輸出值得計算

根據(jù)控制系統(tǒng)的控制目標期望堆積高度的值與該時間檢測得到的堆積高度值得到堆積高度差值，并結合3)偽偏導數(shù)的估算結果，根據(jù)控制率算法

計算得到此時應該施加到控制控制對象上夯實高度的值，經(jīng)過處理器處理后通過高精度傳感器實現(xiàn)夯實高度的準確施加；

5){u(k+1),y(k+1)}的獲取

經(jīng)過4)中得到的夯實高度的施加值以及堆積高度的檢測值，便得到此時的新的隨機高度和夯實高度的值{u(k+1),y(k+1)}，其中需要的注意的夯實高度和堆積高度的數(shù)值經(jīng)傳感器處理后量綱均為理想的量綱；

6)控制算法的運行

重復2)～5)步驟，通過實施在線檢測的夯實高度和堆積高度的值能不斷的調整偽偏導數(shù)的值，不斷變化的偽偏導數(shù)的值引起控制器輸出夯實高度的不斷調整，直到藥劑的堆積高度達到指定高度，這樣就實現(xiàn)了無模型自適應控制方法對控制對象的控制。

7)金屬管藥劑夯實高度的仿真

根據(jù)金屬管藥粉的實地的生產(chǎn)記錄，對于本發(fā)明金屬管藥劑夯實高度的控制方法進行模型建立仿真，得到的仿真效果圖如圖1所示，可以發(fā)現(xiàn)，無模型自適應控制方法應用于金屬管藥劑裝填領域控制效果良好。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。