基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法，首先搭建基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制硬件系统，确定BP神经网络结构，输入样本数据以及神经网络期望的输出值，然后初始化权值和阈值的种群并计算种群适应度值，对神经网络的初值和阈值进行选择、交叉和变异操作，通过遗传操作后根据适应度值的大小来进行优胜略汰，最终将优化BP神经网络结构中的权值矩阵和阈值矩阵描述成染色体串，判断系统是否达到要求的精度作为结束的条件，若达到则该算法结束，如没达到则返回继续进行。本发明专利技术解决了现有技术中存在的喷毛带子纱中存在的张力不稳定问的问题。存在的张力不稳定问的问题。存在的张力不稳定问的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法


[0001]本专利技术属于长丝恒张力控制
，具体涉及一种基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法。

技术介绍

[0002]纺织业是一个国家轻工业发展的代表，是国家的基础行业，也是社会必不可少的行业。中国作为一个拥有历史文化底蕴的大国，在唐代丝绸成为当时中国文化交流的象征，丝绸代表着我国先进的文化和纺织技术，名扬世界，千金难求。随着科学技术的不断发展，人们已经不满足温饱而是越来越注重精神层面的享受。因此，人们对织物的质量，柔软度以及保暖性的要求越来越高。随着技术的不断改革和创新，我国纺织企业的设备逐渐落后，生产的产品参差不齐，生产效率低下等。存在的问题是我国纺织企业不可忽视的。由于人们现在对生活要求的不断提高，生产出来低质量的带子纱已经满足不了人们对精致生活的追求。为了满足人们对喷毛带子纱高质量的要求，经过研究发现喷毛带子纱长丝张力的波动是影响带子纱质量的一个重要因素，它存在于整个纺织过程，要想生产高质量的带子纱就需要让长丝的张力保持恒定。长丝张力过大，当长丝受到的牵引力大于长丝弹性的峰值时容易造成长丝的断裂，这样就需要停机重新穿丝，严重影响生产效率；当长丝的张力过小时，生产出来的带子纱缺乏弹性，网眼大小不一，成型较差，这样还容易造成纤维外漏的现象。
[0003]现有技术《韩帅,狄士春,杨俊杰.嵌入式纱线张力控制系统设计[J].机械设计与制造,2015(08):140
‑
142+146.》中提供一种将长丝被动送丝结构该为主动送丝结构，通过检测张力的大小来控制送丝电机的加减速，进而控制长丝的张力。采用模糊控制作为该控制器的算法，通过模糊推理对PID参数进行在线自整定，使其能够自动辨识控制过程中参数的变化。通过仿真结果表明模糊PID控制较常规PID控制超调量减小了21％，调整时间缩短了1s，并且在输入信号变化时模糊PID控制效果更稳定，自适应性更好。一方面：现有技术的缺点在于张力控制系统的硬件设备成本过高，不适用于我国小型纺织企业，这样会增加企业的成本。另一方面：算法一般采用经典的PID控制算法或者模糊控制算法等单一的算法，面对非线性、多个时变或复杂等系统难以满足需要，对长丝张力的调节达不到比较好的效果，生产出来的纱线不能满足人们的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法，解决了现有技术中存在的喷毛带子纱中存在的张力不稳定问的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法，具体按照以下步骤实施：
[0006]步骤1、搭建基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制硬件系统；
[0007]步骤2、根据系统的复杂程度确定BP神经网络结构；
[0008]步骤3、输入样本数据以及神经网络期望的输出值；
[0009]步骤4、初始化权值和阈值的种群并计算种群适应度值，对神经网络的初值和阈值进行选择、交叉和变异操作，通过遗传操作后根据适应度值的大小来进行优胜略汰，根据设定的遗传算法结束条件进行判断，是否还需要再进行上述步骤，如需要则返回，如不需要则将优化好的初值和阈值返回给神经网络；通过神经网络的算法原理，信息正向传播和误差反向传播，不断的修改权值和阈值，将优化BP神经网络结构中的权值矩阵和阈值矩阵描述成染色体串，判断系统是否达到要求的精度作为结束的条件，若达到则该算法结束，如没达到则返回继续进行。
[0010]本专利技术的特点还在于，
[0011]步骤1中基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制硬件系统具体结构为：包括张力检测模块、主控模块、张力调节模块、电机驱动模块、人机交互模块和报警模块，其中，张力检测模块为张力传感器，采用的是JZHL
‑
T1三辊式，安装在纱筒长丝与张力调节装置的中间，用以检测长丝初始的张力值，张力调节模块采用杠杆式，通过主控芯片比较检测的张力值与设定的张力阈值大小进行动作，电机驱动模块采用的是步进电机驱动调节装置的上下运动；人机交互模块为LCD液晶显示、LED蜂鸣器报警；主控模块采用的是 STC12C5A08S2型号的单片机，用以对比张力传感器检测到的信号与阈值的大小、处理LCD显示屏的信号。
[0012]步骤2中优化BP神经网络结构具体为：
[0013]包括输入层、隐含层和输出层；
[0014]其中，输入层节点选择如下：将卷绕机构的线速度v2、长丝与压杆间的摩擦力f、压杆上下运动的速度v0以及长丝的送给速度v1这四个量作为神经网络的输入层；
[0015]隐含层节点选择如下：隐含层将输入的信号进行阈值过滤，并传递给输出层，输出层将误差信号通过隐含层再反馈给输入层，根据经验公式n为输入层的个数，m为输出层的个数，a为1
…
10的常数，隐含层的个数为5；
[0016]输出层节点选择如下：输出层的神经元对应于控制器的三个可调参数 k
p
,k
i
,k
d
，k
p
为比例调节系数，加快系统的响应速度，提高系统的调节精度； k
i
为积分调节系数，消除残差；k
d
为微分调节系数，改善系统的动态性能。
[0017]步骤4具体如下：
[0018]选择4*5*3的神经网络结构，将卷绕机构的线速度v2、长丝与压杆间的摩擦力f、压杆上下运动的速度v0以及长丝的送给速度v1这四个量作为神经网络的输入样本；将期望输出的电机控制参数k
p
,k
i
,k
d
作为输出，由于神经网络的初始权值和阈值是随机生成的，将随机生成的权值和阈值送给遗传算法，作为遗传算法的初始种群，遗传算法根据神经网络的目标函数计算网络遗传算法的适应度值，E
p
(t)为在第p组经t次权值调整后网络的输出，将选择算子作用于种群，选择的目的是把优化的个体直接遗传到下一代或通过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代，交叉操作是将两个相互配对的染色体按某种方式相互交换其部分基因，从而形成两个新的个体，变异运算是模拟生物进化过程中基因突变，染色体串上的的某一部位发生基因突变，成为种群中独一无二的基因型，终止条件设定为进化代数为100 时结束算法，若没有满足终止条件则继续遗传操作，遗传算法的参数设置：确定种群的进化代数为100，种群的大小规模为50，设定自适应参数的初始值为交叉概
率P
c
＝0.6，变异概率P
m
＝0.05，将优化好的初值和阈值解码送给神经网络；神经网络不断对比期望输出纠正权值和阈值，直到满足k
p
,k
i
,k
d
的要求为止。
[0019]本专利技术的有益效果是，一种基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法，首先可以减小硬件设计的成本，并且其精度相对较高，结构简单，操作方便并且运行可靠，非常适合我国纺织领域的小型企业，可以节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、搭建基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制硬件系统；步骤2、根据系统的复杂程度确定BP神经网络结构；步骤3、输入样本数据以及神经网络期望的输出值；步骤4、初始化权值和阈值的种群并计算种群适应度值，对神经网络的初值和阈值进行选择、交叉和变异操作，通过遗传操作后根据适应度值的大小来进行优胜略汰，根据设定的遗传算法结束条件进行判断，是否还需要再进行上述步骤，如需要则返回，如不需要则将优化好的初值和阈值返回给神经网络；通过神经网络的算法原理，信息正向传播和误差反向传播，不断的修改权值和阈值，将优化BP神经网络结构中的权值矩阵和阈值矩阵描述成染色体串，判断系统是否达到要求的精度作为结束的条件，若达到则该算法结束，如没达到则返回继续进行。2.根据权利要求1所述的基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法，其特征在于，所述步骤1中基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制硬件系统具体结构为：包括张力检测模块、主控模块、张力调节模块、电机驱动模块、人机交互模块和报警模块，其中，张力检测模块为张力传感器，采用的是JZHL
‑
T1三辊式，安装在纱筒长丝与张力调节装置的中间，用以检测长丝初始的张力值，张力调节模块采用杠杆式，通过主控芯片比较检测的张力值与设定的张力阈值大小进行动作，电机驱动模块采用的是步进电机驱动调节装置的上下运动；人机交互模块为LCD液晶显示、LED蜂鸣器报警；主控模块采用的是STC12C5A08S2型号的单片机，用以对比张力传感器检测到的信号与阈值的大小、处理LCD显示屏的信号。3.根据权利要求2所述的基于优化BP神经网络的长丝恒张力控制方法，其特征在于，所述步骤2中优化BP神经网络结构具体为：包括输入层、隐含层和输出层；其中，输入层节点选择如下：将卷绕机构的线速度v2、长丝与压杆间的摩擦力f、压杆上下运动的速度v0以及长丝的送给速度v1这四个量作为神经网络的输入层；隐含层节点选择如下：隐含层将输入的信号进行阈值过滤，并传递给输出层，输出层将误差信号通过隐含层再反馈给输入层，根据经验公式n为输入层的个数，m为输出层的个数...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱耀麟，武桐，陈鑫，孟超，周晓东，
申请(专利权)人：绍兴市柯桥区西纺纺织产业创新研究院，
类型：发明
国别省市：