自动浇注系统的智能控制

1、自动浇注系统的智能控制盐城工学院薛迎成上海交通大学潘俊民摘要.文章针对现有浇注系统存在的问题 从影响自动浇注的控制效果的2个关键因素图像处理和控制算法出发提出了新智能控制算法在控制过程中融入了操作工人的经验和控制专家的知识消除了浇包流下, ,液柱的干扰信息最终实验取得了较好的控制效果关键词：自动浇注计算机视觉智能控制Intelligent Control of Auto-pouringS ystemXueYingchengPanJ unminA bstr act： T h is paper provides a n ew in tel lig ent co nt rol algor ith m

2、. The con trol r ul es are set base one xperi- ence andk nowledge from experiencedo perators ande xperts. T his methodg reatlyc ut downt he influenceofthe decli ne of ironl eve I inp our i ng oven. L aborator y ex p er i me nt s proved th at this con trol meth od has obt ained better control effect.

3、K eywords: aut o-pouring comp uter vision int ell igent con trol1自动浇注生产工艺及对自动控制 提出的要求铸造生产的自动化分为2个部分，即砂模制造自动化和浇注自动化浇注 就是将金属熔炼成J具有一定化学成分的液态金属在重力作用下注J入到有一定几何形状、尺寸大小的铸型中，凝固冷 却到一定温度经处理而获得机器零件毛坯的过5程浇注过程决定了所浇毛坯的质量的好坏影响J着机械制造产品的质量O图1为自动浇注系统的结构图。从图中可以看岀该系统包括：图像获取及处理部分控制算法J部分其中摄像机拍摄浇口杯浇注时的图像该JJ图像经图像采集卡送入计算机计算

4、机经图像处J理后计算岀液体高度、流量、液面波动系数，然后 按一定的控制规则进行实时决策求出相应控制5量输岀给电机电机转动带动塞杆上下运动改变JJ铁水的流量从而调节浇口杯的铁水液位高度J浇注过程工艺要求：总的要求是快速、连续将 铁水从浇包的一端浇注到砂模的浇口杯中铁水5在浇口杯下的型腔内冷却后形成铸件在浇注开O始时 为迅速建立浇口杯中的液面高度塞杆应以JJ较快的速度提到一定的高度 。当浇口杯中的金属液面建立起来以后必须维持在设定80%咼度附近 以保持浇注过程的平稳性 当浇口杯的液位达, 到95%以后，应该以较快的速度塞牢浇口，停止 浇注防止金属液面溢岀依赖人的经验积累、感知和逻辑思维判断，因而将

5、 智能控制引入自动浇注系统是非常有意义的。本系统智能控制器由知识库推理机学习环、节和控制决策组成，图2为铁水液位智能控制系统原理框图电气传动2002年第3期16电气传动2002年第3期K -I -U -，em;系统的知识集 推理机的输岀集控制器的输岀集，U= U1, U2时间的方法有：提咼起跳咼度提咼液面稳态时的 液面高度由于浇口杯下流量与液面高度有关可由原来的70%提高到80%8 5%,这样平均浇注 速度就会提高。2.3 信息处理或特征提取从信息处理或特征提取获得的信息有：液位设定值L *( k),实际值L ( k)，液位误差e( k)= L *( k) - L ( k),其差分值 Ae,这

6、里K表示计算机 控制中的拍数 O在信息空间4妒,i =1 ,1 9式中 基兀信息取为* 0= 启动建立液位;輕= 维持液位 ； 0=关断 ； 0= e(k)|e(k) M 1 0;审= e(K)|e(k) N i0 ;妒= e( K ) | e( k) M 2 N 20 ; 0= | e(K ) | | I e( k) | $；(9= | Ae( K ) | | | Ae( K ) | v; 0i = Ae( K ) | Ae(K ) - V； 02=浇注流量大 ； 03=浇注流量较大 ； 04 =浇注流量中； 05=浇注流量较小 ; 06 =浇 注流量小； 07= 浇口杯液面平稳度好； 08

7、 = 浇口杯液面平稳度差; 09= 浇口杯液面平稳 度中 O其中，M 1, M2, N 1, N 2, V, S都是常数。控制机构的模态集取为U= U1, U2, U3, U4 式中,U 1 = uk= Qgn (e(K)* U m, U2= U K = uk-1,U3= uk = kiun( K ), U4 = uk = Z( K ), y、 ki、Z、Um为由经验和调试确定的常数Un(K)为塞杆位置O2.4 推理机构的设计推理机构的功能是实现实时推理和决策使整个ec以逻辑方式协调地工作。由于控制规则比较简单因此推理机构直接采用数据驱动的正向推理 策略即可这样也可保证控制决策的实时性OO控制

8、器的推理机构一般用如下模型表示U= f (E, K, I)式中：E _ 控制规则输入集，E = e1, e2, e3, e4,K = k1, k2,，km;,I = i1, i2,，im;um o而f为一种智能算子，其基本形式为IFEA ND K THEN 即根据输入信息E和系统的知识 K进行推理，然后根据推理结果|输岀相应的控制u。2 5控制规则的设计根据前述对自动浇注系统的工艺特点知识、库和控制规则集的分析可建立知识库中的控制规则如下： if(ctime扩展时间)关断塞杆位置回零本次浇注过程结束； if (ctime 起跳时间 1 s) out num stealnum =0 ; if(起

9、跳时间1 s ctime起跳时间2 s)AND液面高度3 0%满A N D浇注流量小out- n um steal num= K l e( K ) ； derect io n=1 ； if (2/ 3起跳时间7 5%满A N D浇口杯液面平稳度差A N D 浇注流量大 out numstea In um = K 2* 当前塞杆位置；derectio n=0 ; if (2/ 3浇注时间 ctime9 0% 满；out numsteal num= K 12* 当前塞杆位置；derectio n=0 ; if (2/3浇注时间9 3% 满;out nu mstea ln um= K 1 3* 当前

10、塞杆位置；derect ion=0 ; if(2/3浇注时间9 5% 满;out num steal num= K14* 当前塞杆位置；derect ion=0 ; if (起跳时间 ctime 液面高度 78% 满；out numsteal- num =0 ； if (起跳时间 ctime扩展时间)AND液 面高度=8 2%满;A N D ec( K) 扩展时间)关断塞杆位置回零本次浇注过程结束O这里Ctime为浇注已经过的时间,outnum steal num为塞杆位置的变化量,derectio n塞杆移 动的方向，乩a#, A , K i, A$, A% A&, v为参数系数 2. 6自

11、学习功能的引入由于自动浇注系统是连续浇注的流水线我们可以认为短时间内浇包中的液位可以近似不 变但是随着浇注的砂模越来越多 浇包中的液位 会随着浇注的进行而不断下降 导致浇包中的铁 水液位降低 引起流速的变化 相同的塞杆高度所 对应的铁水的流量随之减小 往往导致后面浇注16电气传动 2002年第3期ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddod的砂模岀现浇不满的现象为消除这种影响引入JJ自学习功能即浇注完一个沙模后根据前一浇注JJ效果的好坏主要是液面最后高度浇注时流量的JJ连续情况浇注液面波动情况在线调整浇注参数JJ如起跳高度浇注时间扩展时间JJ3系统实时控制的结果图3为自动浇注控制曲线 ，图中曲线1为流 量变化