本發(fā)明涉及分離提純領(lǐng)域，具體為射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法。

背景技術(shù)：

1、射頻等離子體球化技術(shù)適用于高熔點(diǎn)材料(例如陶瓷，鎢、鉬、鉭、鈮等金屬材料，高熔點(diǎn)復(fù)合材料)雜質(zhì)的分離提純；射頻等離子體球化技術(shù)是利用等離子體將原料高溫加熱，使高熔點(diǎn)金屬受熱融化，低熔點(diǎn)雜質(zhì)氣化燃燒，熔融后的高熔點(diǎn)金屬在表面張力和極高的溫度梯度共同作用下迅速凝固而形成球形粉體，進(jìn)而與雜質(zhì)產(chǎn)生分離。射頻等離子體分離提純優(yōu)勢(shì)如下：無(wú)電極污染，材料純度高；等離子體焰體積大、溫度高、處理量大；可以適用惰性氣氛、氧化氣氛、還原氣氛等多種工作環(huán)境，上述諸多特點(diǎn)使得射頻等離子體成為工業(yè)材料生產(chǎn)最前沿的選擇之一。

2、射頻等離子氣化分離過(guò)程中，需要將混有雜質(zhì)的原料粉末通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輥輪式送粉器旋轉(zhuǎn)，輥輪式送粉器的上方進(jìn)粉口與儲(chǔ)粉桶連接，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輥輪式送粉器中的送粉軸轉(zhuǎn)動(dòng)，送粉軸表面凹槽中的粉料通過(guò)出粉口進(jìn)入輸送管道中，并通過(guò)送氣系統(tǒng)吹到射頻等離子器中加熱、分離提純。送粉器需按照送粉速率要求為高溫等離子炬提供穩(wěn)定的待分離粉末，這也是射頻感應(yīng)等離子分離提純的核心技術(shù)之一。送粉器輸送待分離粉末的過(guò)程中，粉末輸送的均勻性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性會(huì)直接影響金屬分離提純精度(尤其對(duì)純度要求較高的航空航天領(lǐng)域用材料)，傳統(tǒng)的送粉器控制系統(tǒng)方法如pid無(wú)法滿足高性能的送粉控制需求，亟需改進(jìn)。

3、本發(fā)明提出射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法，解決上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法，包括：

2、s1：通過(guò)光電傳感器感應(yīng)透明輸送管道中的送粉速率v，得到設(shè)定送粉速率vr與實(shí)際送粉速率v的送粉速率誤差；

3、s2：通過(guò)rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線預(yù)估集總不確定性；實(shí)際射頻等離子氣化分離的送粉控制過(guò)程中，影響送粉精確度的因素有很多(例如傳感器誤差、送粉執(zhí)行機(jī)械機(jī)構(gòu)的摩擦力、結(jié)構(gòu)間隙、執(zhí)行響應(yīng)滯后時(shí)間差等等)，這些干擾因素即集總不確定性嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確度，通過(guò)rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可在線預(yù)估集總不確定性；

4、s3：基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)估的集總不確定性，再將自適應(yīng)超螺旋策略、分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模函數(shù)結(jié)合得到送粉電機(jī)的控制律，對(duì)送粉電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

5、優(yōu)選的，所述射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法，步驟s2中rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值(將rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值定義為e、組成的轉(zhuǎn)置矩陣)，e為送粉速率誤差，vr為設(shè)定的目標(biāo)送粉速率，v為實(shí)際測(cè)量所得的送粉速率，網(wǎng)絡(luò)輸出值為f(x)，具體如下：

6、e＝vr-v；

7、

8、f(x)＝wth(x)+ε；

9、式中，j表示網(wǎng)絡(luò)隱含層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)，x為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入值，h(x)為由hj組成的向量，w為理想網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，wt代表理想網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的轉(zhuǎn)置矩陣，ε為網(wǎng)絡(luò)逼近誤差，kj是一個(gè)正標(biāo)量，代表高斯基函數(shù)的寬度，lj是隱含層的中心向量。

10、優(yōu)選的，所述射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法，步驟s3的運(yùn)行方法如下：

11、s?3.1，所述分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模函數(shù)為：

12、

13、式中，0＜b1，b2，c1，c2<1，a1，a2是待整定的正參數(shù)，(b1，b2為分?jǐn)?shù))為黎曼-劉維爾分?jǐn)?shù)階微積分函數(shù)，且

14、s?3.2，為了進(jìn)一步提高分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模的收斂速度和魯棒性、降低抖振，采用自適應(yīng)超螺旋方法進(jìn)一步優(yōu)化非奇異終端滑模函數(shù)：

15、

16、式中，η1和η2是自適應(yīng)參數(shù)，η1、η2人為設(shè)定上下限值或者從系統(tǒng)內(nèi)部抓取經(jīng)驗(yàn)值，其中：

17、

18、式中，t表示控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器運(yùn)行時(shí)間；

19、

20、ηη2＝θ3ηη1；

21、其中，θ1，θ2(θ2＞θ1)，θ3，δ1是常數(shù)參數(shù)，s為分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模函數(shù)；可以看出，跟蹤性能較好且η1在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí)，收斂速度從θ1增加到θ2。因此，在抑制噪聲影響的同時(shí)，可以最大限度地提高控制性能；θ1，θ2的取值要根據(jù)電機(jī)性能合理取值，值越大，設(shè)置的收斂速度越大(送粉電機(jī)可在更短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行送粉轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié))，但電機(jī)有一定的承受極限，若設(shè)定的收斂速度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行困難、電機(jī)損壞等風(fēng)險(xiǎn)；

22、s?3.3：基于上述步驟的計(jì)算結(jié)果，得到基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)超螺旋的分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模控制律如下：

23、

24、優(yōu)選的，所述射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法,理想權(quán)值w的自適應(yīng)律如下：

25、

26、式中，τ為學(xué)習(xí)速率，s為分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模函數(shù)，h(x)為由hj組成的向量。

27、工作原理如下：

28、先檢測(cè)出實(shí)際的送粉速率，并計(jì)算得到送粉速率誤差e及其一階導(dǎo)數(shù)再將e、的轉(zhuǎn)置矩陣數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值，經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算學(xué)習(xí)輸出送粉速率控制系統(tǒng)的集總不確定性，設(shè)置與e、有關(guān)的中間函數(shù)s，并為了提高s的收斂性(使s快速趨于0)，將自適應(yīng)超螺旋策略與非奇異終端滑模函數(shù)結(jié)合，在抑制噪聲影響的同時(shí)，可最大限度的提高控制性能，得到基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)超螺旋的分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑?？刂坡?，利用該控制律對(duì)送粉電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)控制。

29、優(yōu)勢(shì)如下：將rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)超螺旋策略、分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模函數(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)際送粉效率、輸出集總不確定性，利用自適應(yīng)超螺旋策略優(yōu)化分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模函數(shù)提高函數(shù)收斂速度的同時(shí)，提高系統(tǒng)魯棒性、降低抖振。通過(guò)u實(shí)時(shí)控制送粉電機(jī)(直流電機(jī)或交流電機(jī))的轉(zhuǎn)速，使實(shí)際送粉速率無(wú)限接近理想送粉速率，按照設(shè)定的理想送粉速率要求為高溫等離子炬提供穩(wěn)定的待分離粉末，使待分離提純的粉末均勻、穩(wěn)定、準(zhǔn)確輸送，保證材料分離后的高純度狀態(tài)。

技術(shù)特征：

1.射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法，其特征在于：步驟如下，

2.如權(quán)利要求1所述射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法,其特征在于：步驟s2中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值為e、的轉(zhuǎn)置矩陣，即e為送粉速率誤差，vr為設(shè)定的目標(biāo)送粉速率，v為實(shí)際測(cè)量所得的送粉速率，網(wǎng)絡(luò)輸出值為f(x)，具體如下：

3.如權(quán)利要求2所述射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法,其特征在于：步驟s3的運(yùn)行方法如下，

4.如權(quán)利要求3所述射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法,其特征在于：理想權(quán)值w的自適應(yīng)律如下：

技術(shù)總結(jié)
射頻等離子氣化分離的送粉速率控制方法，檢測(cè)待分離粉末的送粉速率，將送粉速率誤差、送粉速率誤差的一階導(dǎo)數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值，并經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)后輸出影響送粉速率的集總不確定性，基于集總不確定性、將自適應(yīng)超螺旋策略、分?jǐn)?shù)階非奇異終端滑模函數(shù)結(jié)合用于送粉電機(jī)的控制律；本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)際送粉速率實(shí)時(shí)調(diào)整送粉電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將實(shí)際送粉速率實(shí)時(shí)反饋到送粉電機(jī)的控制層，在線控制送粉器伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)送粉速率的在線檢測(cè)與閉環(huán)控制；提高待分離粉末的精確進(jìn)料，保證粉末輸送的均勻性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，有助于進(jìn)一步提升金屬分離提純精度。

技術(shù)研發(fā)人員：胡雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州漢霄等離子體科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2