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枕式包裝機(jī)是一種能夠自動(dòng)完成送料、供膜、制袋、縱封、橫封橫切、成品傳送等任務(wù)的自動(dòng)包裝設(shè)備，該設(shè)備包裝的物品廣泛，如方便面、小型餅干、紙巾等[1—3]。枕式包裝機(jī)因其擁有智能自動(dòng)化、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域中被廣泛使用，因此國內(nèi)外在枕式包裝機(jī)方面的研究逐漸普遍[4—6]。

枕式包裝機(jī)通常采用薄膜材料實(shí)現(xiàn)物品的包裝，包裝材料的供送是實(shí)現(xiàn)物品連續(xù)自動(dòng)化包裝的必要條件，在供送包裝材料時(shí)，必須要保證供送速度的快速性、穩(wěn)定性以及可控性。枕式包裝機(jī)長期存在包裝材料供送速度難以穩(wěn)定控制的問題，速度的波動(dòng)直接對(duì)包裝袋體精度以及袋形外觀造成嚴(yán)重影響。包裝材料的供送系統(tǒng)通常是一個(gè)復(fù)雜多變的非線性系統(tǒng)，因此很難建立準(zhǔn)確可靠的數(shù)學(xué)模型。在包裝材料供送速度控制上，通常采用 PID 進(jìn)行閉環(huán)控制，通過色標(biāo)傳感器檢測(cè)薄膜上的色標(biāo)然后進(jìn)行速度計(jì)算，并將該速度與初始速度進(jìn)行比對(duì)，通過該差值大小實(shí)現(xiàn)包裝材料速度的調(diào)整。傳統(tǒng) PID 控制算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域中被廣泛使用[7—10]，但傳統(tǒng) PID 控制由于其控制參數(shù)固定不變，參數(shù)不能隨時(shí)根據(jù)外部因素變化而自動(dòng)變化，從而導(dǎo)致該算法穩(wěn)定性差，控制精度不高。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有較強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)能力，在控制過程中不依賴于被控對(duì)象能否建立精確的數(shù)學(xué)模型[11—13]。文章將傳統(tǒng) PID 控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，設(shè)計(jì)一款基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID 的包裝機(jī)材料供送速度控制算法，以實(shí)現(xiàn)包裝材料速度的自適應(yīng)控制。

1. 枕式包裝機(jī)送膜系統(tǒng)

包裝材料的穩(wěn)定供送是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)化包裝的必要條件，在包裝材料供送過程中必須要保證材料供送速度快、穩(wěn)定性高、可控性強(qiáng)，因此在送膜裝置的設(shè)計(jì)過程中就必須滿足以下幾個(gè)基本要求：能夠?qū)崿F(xiàn)包裝工藝，實(shí)現(xiàn)包裝材料的連續(xù)平滑供送；能夠根據(jù)包裝效率，對(duì)送膜速度進(jìn)行調(diào)整；滿足包裝材料供送的定長、定位、定向控制要求；供膜裝置的設(shè)計(jì)要利于包裝機(jī)總體布局，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)傳動(dòng)、色標(biāo)檢測(cè)、傳感器安裝、后期維修等工作。

輥進(jìn)行張緊，再通過牽引輸出軸進(jìn)行牽引，從而使薄膜向前運(yùn)動(dòng)，薄膜在運(yùn)動(dòng)過程中可能出現(xiàn)偏移，此時(shí)通過擺臂調(diào)節(jié)輥進(jìn)行跑偏調(diào)整，同時(shí)通過色標(biāo)傳感器對(duì)材料上的色標(biāo)進(jìn)行位置檢測(cè)，便可得到薄膜輸送速度，通過控制器可以保證送膜與送料的速度同步控制，最后將薄膜經(jīng)過成型器制作成所需的形狀。

1. 供膜速度 PID 控制

在供膜速度控制過程中，只有對(duì)包裝材料速度進(jìn)行精確控制，才能保證包裝產(chǎn)品的質(zhì)量。PID 由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng) PID 控制結(jié)構(gòu)見圖 2。

枕式包裝機(jī)是工業(yè)包裝領(lǐng)域中非常重要的一種自動(dòng)包裝機(jī)械設(shè)備，其送膜速度的穩(wěn)定控制是保證包裝精度的前提。包裝機(jī)由于摩擦、機(jī)械裝配誤差的存在，導(dǎo)致包裝材料速度控制具有很強(qiáng)的非線性特點(diǎn)， 很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。為了保證包裝材料供送速度恒定，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID 設(shè)計(jì)了一種包裝機(jī)包裝材料速度控制系統(tǒng)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制方法能夠有效提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，保證包裝袋體誤差穩(wěn)定在±1 mm 以內(nèi)。

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