电缆绝缘挤出过程多参数协同控制方法与流程

本发明属于电缆制造，具体涉及电缆绝缘挤出过程多参数协同控制方法。

背景技术：

1、电缆绝缘层的挤出成型是电线电缆制造流程中决定产品电气性能的核心工序。在挤出生产线上，绝缘材料（如xlpe、pvc等热塑性聚合物）由挤出机加热塑化后，经口模环绕导体表面挤包成型，最终经冷却定型形成具有规定厚度和均匀性的绝缘层。该工序对绝缘层厚度的均匀性、偏芯度及表观质量有严苛要求，上述指标直接影响电缆的击穿电压、局部放电特性及使用寿命。

2、公开号为cn120353121a的专利申请文件公开了一种基于改进pid控制算法的交联电缆生产控制方法，包括通过建立温度、压力与牵引速度的协同控制架构，以硫化管温度为主控变量，挤出机压力与牵引速度为从控变量，构建最优参考模型。主控制器实时跟踪温度设定值，根据绝缘层厚度偏差及材料交联度等工艺参数动态整定pid参数，通过三环协同耦合的改进pid控制器实现精准控制：温度控制环使实际温度与设定值的稳态误差收敛至零；压力与速度控制环使波动幅度收敛至工艺允许范围。该专利可以提升交联电缆生产的温度稳定性、压力均匀性和牵引同步性，减少工艺波动和缺陷率，提高产品质量和生产效率。

3、为保障绝缘层成型质量，现有控制方案普遍采用多参数独立闭环控制架构，对挤出机各温区、螺杆转速以及线缆牵引速度分别配置独立的pid控制器。为解决上述控制器之间的参数交叉干扰问题，部分先进产线引入了多变量解耦控制方法，通过预先在标准物料、标准工况下对挤出机进行阶跃响应实验，辨识各控制通道间的传递函数，进而建立固定的交叉增益矩阵，并将其用于生产全程的前馈解耦补偿，理论上可消除螺杆转速调整对温度场、牵引速度调整对挤出压力等通道间干扰。

4、然而，上述基于固定交叉增益矩阵的解耦控制方案，在原料批次发生特性漂移时会产生系统性失效。聚合物原料的熔体流动指数在不同生产批次间存在客观波动，熔体流动指数的偏移直接导致熔体在口模内的有效粘度偏离标定工况下的基准值。由于交叉增益矩阵的各元素在物理上正比于熔体的流变传递关系，当与产生偏差后，原矩阵中的增益数值与当前实际传递关系之间出现失配。此时解耦补偿不仅无法抵消通道间的交叉干扰，反而将失配增益以负反馈形式注入各控制通道，使绝缘厚度偏差无法通过正常闭环调节自愈，最终在时间序列上呈现出具有固定周期特征的持续性厚度波动。这种波动隐蔽性极强，在单参数监控报警未触发的前提下可持续累积，直至绝缘层偏薄点突破出厂检验阈值，造成产品批次性降级或报废。

技术实现思路

1、本发明提供电缆绝缘挤出过程多参数协同控制方法，以解决原料批次发生特性漂移时固定交叉增益矩阵失配引发周期性厚度偏差的技术问题。

2、本发明提供了电缆绝缘挤出过程多参数协同控制方法，包括：

3、s1，采集挤出机机头出口截面处的机头熔体压力与螺杆实时转速，基于预设的流变模型将机头熔体压力与螺杆实时转速映射为当前批次有效粘度的在线估计值，并对在线估计值进行平滑处理得到平滑后的有效粘度；

4、s2，获取标定批次的基准有效粘度与初始交叉增益矩阵，计算平滑后的有效粘度与基准有效粘度的比值，并基于比值对初始交叉增益矩阵进行比例补偿，得到修正后的交叉增益矩阵；

5、s3，采集绝缘厚度实测值，基于修正后的交叉增益矩阵计算跨通道干扰的前馈补偿量，并结合绝缘厚度实测值计算反馈调节量，将前馈补偿量与反馈调节量叠加后输出至执行机构进行协同调节，激励期间暂停前馈补偿输出；

6、s4，计算绝缘厚度实测值对应厚度偏差序列的自相关函数以提取周期性强度指标，在周期性强度指标超过动态触发阈值时，基于厚度偏差序列的标准差与修正后的交叉增益矩阵的主对角元素确定激励幅度，并按照激励幅度触发强制激励以重新辨识更新修正后的交叉增益矩阵。

7、其效果在于：通过将可直接采集的机头压力与螺杆转速经由流变模型映射为有效粘度，实现了对原料批次特性漂移的实时无损感知，无需增加额外的在线流变仪硬件，降低了产线改造成本与维护复杂度。

8、进一步地，对在线估计值进行平滑处理得到平滑后的有效粘度，包括：

9、在换料后的基线采集期内，对在线估计值的原始序列计算自相关函数；

10、提取自相关函数衰减至初值的时对应的延迟采样数作为相关时间常数；

11、将相关时间常数的两倍设定为滑动均值滤波的窗口长度，并利用窗口长度对在线估计值进行滤波，最终得到平滑后的有效粘度。

12、其效果在于：通过粘度序列自相关函数自适应确定滤波窗口，平滑粘度估计值，滤除螺杆、液压产生的高频干扰，消除瞬时采样毛刺对增益矩阵修正的影响，保证粘度数据贴合熔体稳态流变特性，防止粘度跳变引发矩阵误修正，提升解耦补偿稳定度。

13、进一步地，基于预设的流变模型将机头熔体压力与螺杆实时转速映射为当前批次有效粘度的在线估计值，包括：

14、获取产线首次标定时确定的口模当量流道半径与有效流道长度，计算得到几何系数；

15、提取基准批次标定实验中辨识获得的流动指数；

16、将机头熔体压力除以几何系数与螺杆实时转速的流动指数次方的乘积，最终得到当前批次有效粘度的在线估计值。

17、其效果在于：通过将稠度系数与几何比例系数合并进几何系数中，形成可在线计算的工程映射关系式，降低了现场标定参数的数量，简化了投产前的调试工作量。

18、进一步地，基于比值对初始交叉增益矩阵进行比例补偿，得到修正后的交叉增益矩阵，包括：

19、计算平滑后的有效粘度与基准有效粘度的差值绝对值，并将差值绝对值与基准有效粘度的比值作为粘度偏移量；

20、获取标定实验中流变模型线性化近似的残差绝对值均值，将残差绝对值均值与线性项幅度的比值作为线性化相对误差，并提取使线性化相对误差超出绝缘厚度控制精度要求的临界粘度偏移量作为边界阈值；

21、在粘度偏移量未超过边界阈值时，将初始交叉增益矩阵乘以平滑后的有效粘度与基准有效粘度的比值，最终得到修正后的交叉增益矩阵。

22、其效果在于：通过客观反算边界阈值，避免了在强非线性区间内以线性修正结果驱动前馈补偿所带来的方向性误差，确保了矩阵修正的有效性和准确性。

23、进一步地，结合绝缘厚度实测值计算反馈调节量，包括：

24、提取初始交叉增益矩阵中的初始主对角元素，以及修正后的交叉增益矩阵中的当前主对角元素；

25、将预设的初始比例增益乘以初始主对角元素与当前主对角元素的比值，得到动态修正后的比例增益；

26、将绝缘厚度实测值输入至闭环控制器，并利用动态修正后的比例增益进行运算，最终得到反馈调节量。

27、进一步地，计算绝缘厚度实测值对应厚度偏差序列的自相关函数以提取周期性强度指标，包括：

28、以预设长度的滑动窗口截取绝缘厚度实测值对应的厚度偏差序列；

29、计算滑动窗口内厚度偏差序列的自相关函数；

30、在预设的延迟区间内，提取自相关函数的最大峰值，最终得到周期性强度指标。

31、进一步地，在周期性强度指标超过动态触发阈值时，包括：

32、在稳态生产的健康基线采集期内，统计周期性强度指标序列的均值与标准差；

33、在连续多次更新后标准差的相对变化量小于均值的预设百分比时，结束健康基线采集期；

34、将均值与两倍的标准差之和锁定，最终得到动态触发阈值。

35、其效果在于：通过动态确定触发阈值，使其与当前批次原料和工况的实际波动基线强绑定，避免了固定阈值在不同工况下误触发或漏报的问题，提升了检测的鲁棒性。

36、进一步地，基于厚度偏差序列的标准差与修正后的交叉增益矩阵的主对角元素确定激励幅度，包括：

37、在健康基线采集期内，同步统计厚度偏差序列的标准差；

38、提取修正后的交叉增益矩阵的主对角元素；

39、将两倍的厚度偏差序列的标准差除以主对角元素，并将计算结果取整到变频器可执行的最小转速分辨率档位，最终得到激励幅度。

40、进一步地，基于修正后的交叉增益矩阵计算跨通道干扰的前馈补偿量，包括：

41、监测设定值的阶跃变化量；

42、利用修正后的交叉增益矩阵计算阶跃变化量在其余通道引起的预期扰动幅度；

43、基于预期扰动幅度生成等量反向的补偿信号，最终得到跨通道干扰的前馈补偿量。

44、进一步地，按照激励幅度触发强制激励以重新辨识更新修正后的交叉增益矩阵，包括：

45、按照激励幅度向执行机构发送转速阶跃信号以触发强制激励，并冻结前馈补偿量；

46、实时检测各响应通道的过程变量变化量，在过程变量变化量持续超过基线噪声标准差预设倍数时结束强制激励；

47、记录强制激励期间各通道的实测响应以重新辨识失配元素，并利用辨识结果替换原标定值，最终得到重新辨识更新后的修正后的交叉增益矩阵。

48、有益效果是：以粘度比值对交叉增益矩阵进行自适应比例修正，并配合基于增益调度原理的比例增益同步自整定，有效抑制了因原料批次切换引发的通道间解耦精度下降与闭环振荡风险，使绝缘厚度偏差的收敛速度和稳定性得到明显改善。

49、基于自相关分析的周期性偏差检测模块与动态确定的激励幅度共同构成矩阵修正质量的验证与兜底层，在比例修正无法覆盖的强非线性漂移工况下自动触发局部重校正，使整个控制方法具备对不同程度粘度漂移的分级自愈能力，显著拓宽了方案的适用批次范围，降低了因原料波动导致绝缘层批次性不合格的风险。