基于自主平台的装备实时优化控制方法与关键技术

The project integrates the technique characteristics (e.g., multiple-loop and high-speed) of the novel mechatronic systems; develops the embedded PLC development platform for the implementation of real-time (microsecond level) optimization and control strategy; designs the multiple-core SOC hardware frame (ARM+ dual-port RAM+DSP) which matches the use of the development platform software; and proposes the high-performance real-time (microsecond level) optimization and control algorithms. The main content includes: a) the approach, content and standard of multiple-core real-time optimization and control; b) the novel two-loop frame of the motion control under millisecond level and the real-time control under microsecond level; c) the seamless software connection of the novel two-loop frame and the traditional PLC; d) the rapid implementation of high speed optimization and control algorithms; e) the practical application of the proposed control theory and method for the industries in Zhejiang Province (e.g., injection molding machine). The research of the project could significantly improve the control accuracy of the direct-driven electro-hydraulic systems, and provide new theory and method support for the intelligent improvement of the injection molding machine industry in Zhejiang Province.

结合新型机电设备其多环、高速的控制特点，拟从自主开发的嵌入式PLC软件开发平台入手，为实现实时（us级）优化方法创造条件，构造开发平台与ARM+双口RAM+DSP结构的多核SOC结合的软硬件结构；进而开展实时（us级）优化方法理论体系的建立与设计新方法的研究；内容包括：多核实时控制与优化对接的方法、内容与标准，ms级运动控制与us级实时优化控制的体系架构与模型描述，新体系架构与传统系统（可编程控制器PLC）的无缝对接方法与软件实现，高速优化控制算法的快速定制方法，方法与理论在浙江企业生产设备上（如注塑机）应用示范。项目研究的新方法，可为直驱式电液驱动系统提高精度作支撑，应用前景广泛；同时，为浙江的塑机制造赶超国外先进水平、产品的智能化转型升提供理论与新方法的支持。

浙江省是注塑机行业的大省，注塑机节能要求迫切，技术的转型升级要求给出机电系统高效、高精度的新型驱动方法，项目将理论与实践结合，针对注塑机行业直驱式电液驱动系统高效、高精度的需求，主要研究（1）基于多核实时控制与优化对接的方法，（2）ms级运动控制与us级实时优化控制的体系架构与算法，（3）新体系架构与传统系统（可编程控制器PLC）的无缝对接方法与软件实现，（4）高速优化控制算法的快速定制方法，(5)将方法与理论在企业应用示范。.本研究基于工业平台CASS系统，通过选用TI28M3多核SOC，构造了ARM+双口RAM+DSP结构；在DSP核中构架了具有us级的超高速嵌入式可编程PLC，在ARM核中构造了一个ms级的实时嵌入式可编程PLC；完成了ms级运动控制与us级实时优化控制的体系架构与模型描述，提出了新型可编程控制器的三层体系架构，保证了两个的无缝对接和算法的快速定制。.本项目在对注塑机直驱泵控液压伺服系统中存在的非线性进行综合分析的基础上，设计自适应鲁棒反演（ARC）控制策略，以实现高精度控制性能。针对泵的流量非线性、流量偏差大等控制难点，本研究提出一种的非线性泵流量映射方案来处理特定的泵流量的偏差。此外，为了进一步提高能效和保证高精度的位置跟踪性能，本研究提出了一种将独立阀控节流和直驱泵控方法相结合的新型硬件结构与控制策略。 .与浙江的企业合作，搭建注塑机实验台，根据针对注塑机的设计原理与控制需求，对嵌入式软硬件平台进行改造设计。对注塑机泵控伺服系统进行动力学建模，分析了系统中存在的参数不确定、外干扰等非线性动力学问题；之后，将所提出的自适应鲁棒控制算法应用在注塑机系统。对比实验验证了所提出算法的高精度优点。. 项目优化控制的理论与方法是一种全新的科学探索，其成果可应用于工厂。