一种基于免疫机制的碳纤维凝固浴重构控制器

摘要

本发明涉及一种基于免疫机制的碳纤维凝固浴重构控制器，包括一个由各回路PID控制器及其解耦补偿器构成的多变量解耦控制器，一个用于记忆执行器故障特性方程及其对应控制策略的存储模块，一个用于监视执行器运行故障的故障检测模块，一个用于识别故障情况并调用相应重构控制策略的决策模块以及一个用于对当前控制策略进一步调整并优化的学模块；将控制系统的执行器故障看作抗原，对应的控制策略看作抗体，从而将控制系统类比为一个免疫系统，使其具有自动维持系统稳定的能力。本发明实现了碳纤维凝固浴控制系统在发生执行器故障时控制器的在线快速重构，提高了控制系统的容错能力，进一步保证了凝固浴环节的安全性和稳定性。

主权项

一种基于免疫机制的碳纤维凝固浴重构控制器，所述基于免疫机制的碳纤维凝固浴重构控制器的控制对象为一个带有DMSO溶液入口、高温水入口、低温水入口及溶液出口的碳纤维凝固浴浴槽，各出入口均安装执行器即流量阀，各出入口的液体流量均通过流量阀调节，其特征是，所述基于免疫机制的碳纤维凝固浴重构控制器包括：一个多变量解耦控制器，由液面高度回路、温度回路和浓度回路各自的PID控制器及各自的解耦补偿器共同组成；每个回路中包含一个PID控制器和两个解耦补偿器，两个解耦补偿器分别用于抵消其他两个回路对该回路的耦合作用；一个记忆抗体库的存储模块，用于记忆各流量阀的故障特性方程及其对应的控制策略；所述的存储模块由三个记忆单元组成，分别为DMSO溶液流量阀记忆单元、高温水流量阀记忆单元与低温水流量阀记忆单元；所述的故障特性方程，指流量阀在故障情况下的输入输出特性方程；一个监视抗原入侵的故障检测模块，用于在系统投运后对各流量阀的运行状态进行故障判断；一个识别与清除抗原的决策模块，用于在检测到流量阀故障后从存储模块中搜索亲和度最高的故障特性方程并调用相应的控制策略对多变量解耦控制器进行重构，重构后计算各回路的绝对误差积分指标，并判断各回路的绝对误差积分指标是否过大；一个进化抗体的学习模块，用于在检测到绝对误差积分指标过大时，在线辨识实际故障特性方程以调整解耦补偿器，解耦补偿器调整完成后，再基于多目标免疫克隆选择算法对故障回路的PID控制器参数进行优化，最终将实际故障特性方程、调整及优化后的控制策略加入存储模块；所述基于免疫机制的碳纤维凝固浴重构控制器、所述碳纤维凝固浴浴槽和所述执行器构成控制系统，并且所述控制系统还包括流量计；所述执行器，液面高度回路的执行器为DMSO溶液流量阀，温度回路的执行器为高温水流量阀，浓度回路的执行器为低温水流量阀；所述流量计，每个执行器后各安装一流量计，并与所述监视抗原入侵的故障检测模块通过信号线连接；将控制系统看作一个生物免疫系统，将控制系统的执行器故障看作抗原，对应的控制策略看作抗体，控制系统对执行器故障的处理看作免疫系统应对抗原入侵；控制目标输入到所述基于免疫机制的碳纤维凝固浴重构控制器的多变量解耦控制器，多变量解耦控制器的输出同时连接执行器和监视抗原入侵的故障检测模块；执行器的输出同时连接碳纤维凝固浴浴槽和流量计，流量计测量得到的信号传送到监视抗原入侵的故障检测模块；监视抗原入侵的故障检测模块的输出连接识别与清除抗原的决策模块，识别与清除抗原的决策模块的一个输出连接多变量解耦控制器，另一个输出则连接进化抗体的学习模块；进化抗体的学习模块的另一个输入为控制系统的控制误差，它的一个输出连接多变量解耦控制器，另一个输出则连接记忆抗体库的存储模块，记忆抗体库的存储模块的输出连接识别与清除抗原的决策模块；碳纤维凝固浴浴槽的输出反馈至多变量解耦控制器，用以计算控制系统的控制误差。