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ENGLISH0755-88840386發布時間:2020-08-03 11:32:19 |來源:網絡轉載
包裝機,是指將具有熱塑特性的塑料複合膜經加熱軟化製成包裝容器,在一台設備上自動完成製袋成型、填充物料、封合剪切等全過程的自動包裝設備[1-3]。塑料複合膜必須加熱到一定的溫度才能軟化,所以包裝機控製器必須把加熱設備的溫度控製在很小範圍內。雖然現在已經有很多專用的溫控模塊,但其價格往往很高,為了節約成以往的溫度控製方式大多是數字PID控製,數字PID控製是一種采樣控製,它是根據采樣時刻的偏差值來計算控製量的,由於數字PID控製具有技術成熟、結構靈活,不需要預先確定被控對象的數學模型以及控製效果好等優點,它廣泛應用於冶金、機電、化工等行業[4-5]。但數字PID控製需要預先整定三個參數,對於溫度控製係統而言,由於溫度的變化緩慢,調試起來比較繁瑣。神經元具有自谈球吧app官方入口、自適應、結構簡單、計算量小等。
圖1包裝機溫度控製係統框圖
由於圖1中的K型熱電偶所測溫度對應的電壓信號是小信號,故需要在包裝機控製器中設
u(k)=KΣ矪w(k)x(k) (2)2.2 有監督的Hebb谈球吧app官方入口規則
谈球吧app官方入口規則是修正神經元之間的連接強度或加權係數的算法,使獲得的知識結構適應周圍環境的變化。單神經元控製器的自適應功能是通過谈球吧app官方入口改變連接權值來實現的。谈球吧app官方入口算法就是調整連接權值wi的規則,它是單神經元控製器的核心,並反映了其谈球吧app官方入口的能力。
將無監督的Hebb谈球吧app官方入口規則和有監督的Delta谈球吧app官方入口規則兩者結合起來,就組成有監督的Hebb谈球吧app官方入口規則[11],即:
Δwij=η(di(k)-oi(k))oi(k)oj(k) (3)
2.3
圖3單神經元自適應PID控製結構
單神經元自適應PID控製器的結構如圖3所示。單神經元自適應PID控製器是通過對加權係數的調整來實現自適應、自組織功能的,權係數的調整是按有監督的Hebb谈球吧app官方入口規則實現的[12]。
控製算法為:
計放大電路,將小信號電壓放大到A/D轉換器能谈球吧app官方入口算法為:wp(k)=w1(k)=w1(k-1)+ηpz(k)u(k)x1(k)
(5)
w1(k)=w2(k)=w2(k-1)+η1z(k)u(k)x2(k)
(6)
wD(k)=w3(k)=w3(k-1)+ηDz(k)u(k)x2(k)
(7)比例、積分、微分的自適應谈球吧app官方入口速率分別設定為0.4、0.5、0.4。當神經元的比例係數K取值較小時,溫度緩慢上升,u(k)在0~32767之間緩慢上升,當溫度達到設定溫度後,u(k)並沒有下降,直到溫度大於設定溫度時,控製量u(k)才下降,由於K
取值較小,u(k)變化緩慢,導致溫度超調過大,因此
wy(k)= w1(k) 溫度會在很長時間後才會穩定下來;而K取值較
w1(k)大時,由於溫度偏差太大,控製器自適應谈球吧app官方入口,導致
式中,z(k)=e(k)=Td-T(k),x1(k)=e(k)-
e(k-1),x(k)=e(k),x(k)=Δe2(k)=e(k)u(k)在0~32767之間反複變化,當占空比較大時,會加熱封刀,而當占空比較小時,就會導致溫度的
-2e(k-1)+e(k-2),ηp、η1、ηD分別為比例、積分、微分的谈球吧app官方入口速率,K為神經元的比例係數,K>0。對比例P、積分I和微分D分別采用了不同的谈球吧app官方入口速率ηP、η1、ηD,以便對不同的權係數進行調整。
將單神經元自適應PID溫控算法移植到包裝機控製器MC56F8037中,實時在線采集封刀或捏紙輪加熱管處的溫度,並將其發送到觸摸屏實時顯示。溫度上下限設定為±5℃,如果封刀或捏紙輪處的溫度超出上下限將導致包裝機控製係統的報警,並產生包裝機控製係統的緊急停車,暫停包裝機的正常工作。
神經元自適應PID算法的控製量u(k)是56F8037PWM模塊輸出脈衝的占空比(PWM
配置為Center-Aligned)[13],即PWMperiod=(PWMmodulus)×(PWMclockperiod)×2 (9)
PWMpulsewidth=(PWMvalue)×(PWMclockperiod)×2 (10)式(9)為PWM周期計算公式,PWMmodulus由CMOD寄存器決定,本測試設置為32767,則PWMperiod=65534×(PWMclockperiod)
而PWM值的變化範圍為0~32767,即控製量u(k)的變化範圍為0~32767。其中,式(9)、
(10)、(11)中的PWMclockperiod為PWM模塊輸入時鍾的時鍾周期,PWMmodulus由CMOD寄存器決定,用於設定輸出PWM的周期,PWMperi-od為輸出PWM的周期,PWMvalue用於設定輸出PWM的占空比,PWMpulsewidth為輸出PWM高電平的寬度。下降,所以會出現溫度在升降中上升。
為了縮短溫度的上升時間,加快整定過程,神經元的比例係數K取10。采用在溫度低於140℃時,PWM的占空比控製在90%以上,以加快係統的穩定速度,當溫度大於140℃並且小於160℃時,PWM的占空比控製在10%~90%之間,以使神經元自適應在線谈球吧app官方入口和整定PID參數,當溫度大於160℃時,PWM占空比控製在0~10%,從而實現PID參數的快速整定。圖4是單通道溫控子係統的測試結果。包裝機控製器的速度已經很快,所以4路溫控連續整定沒有問題,但為了提高
控製器的實時性,采用控製器每次循環隻整定1路,4次循環就把4路都整定一遍,每隔1s同時改變4路的PWM占空比值,可以有效地提高PWM模塊的效率[14]。
圖4表明誤差能夠控製在±1℃,這是K型熱電偶的電壓采集模塊ADC的精度以及PWM占空比分辨率決定的,如果溫度采集精度達到0.1℃並且增大PWM占空比的範圍,理論上講,誤差能夠控製在±0.1℃。
實現了單神經元自適應PID算法在包裝機溫度控製子係統中的應用,並成功將其移植到包裝機控製係統中,從控製效果來看,溫度能夠保持在149~151℃,沒有超出設定的上下限溫度範圍,從而有效提高包裝機的控製性能,為包裝機的正常工作提供保障。
3 結束語
試驗利用微生物法對嬰幼兒乳粉中的生物素含量進行測定,所測得的標準曲線在0.1ng~1ng範圍內線性關係良好,線性相關係數為0.9989,所測樣品RSD為2.8%(n=6),標準品平均回收率在89.3%~97.7%之間。表明該方法重現性較好,穩定可靠,適用於嬰幼兒乳粉中生物素含量的測定。
微生物法雖然存在操作步驟繁瑣、工作量大、檢測周期較長、微生物菌種保藏困難及操作過程容易發生汙染等缺點,但與其他方法相比而言,微生物法應用曆史悠久、方法較為成熟、先期投入成本低,比較容易開展。更為重要的是,微生物對有活性的生物素具有特異性。換句話說,隻有具有生物活性的生物素才可以被人或動物吸收利用,微生物法測試的正是具有生物活性的那部分生物素,這對於測定嬰幼兒乳粉中活性生物素的含量有著其他方法無可比擬的優勢。
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