專利名稱：：染色配方的自動生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于信息
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及了一種可用于印染行業(yè)、能對染色配方進(jìn)行建模并自動生成染色配方的方法。技術(shù)背景隨著現(xiàn)代印染技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，印染企業(yè)對布匹顏色的要求越來越高。布料的顏色是否滿足要求，關(guān)鍵在于布料的前處理和染色環(huán)節(jié)。影響布料染色顏色的主要因素包括染色配方的穩(wěn)定性、布料屬性、染色機(jī)的壓力、溫度與轉(zhuǎn)速，其中染色配方的穩(wěn)定性是決定染色顏色的關(guān)鍵因素，配方不穩(wěn)定會導(dǎo)致產(chǎn)品的重演性差。而現(xiàn)今印染企業(yè)的染色配方通常都是由工程師的經(jīng)驗來決定，導(dǎo)致出現(xiàn)人為因素影響顏色，不適合印染企業(yè)信息化發(fā)展的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對由人工經(jīng)驗決定染色配方的不足，通過已有的確定的多組染色數(shù)據(jù)對染色配方過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。由于模型本身不可避免存在誤差，考慮基于最優(yōu)控制的方法對染料用量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，保證生成準(zhǔn)確、穩(wěn)定的染色配方，從而達(dá)到在印染中提高生產(chǎn)效率和染色質(zhì)量的目的，降低能源消耗和生產(chǎn)成本。本發(fā)明以印染行業(yè)中廣泛采用的減色系統(tǒng)(黃、青、紫三基色)為基礎(chǔ)，利用這三種不同用量的基本染料，通過在凈化水中混合及相關(guān)活性催化劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而生成不同的顏色。考慮染色配方模型為線性模型，并基于最大似然法來估計模型參數(shù)。由于模型本身存在的誤差，進(jìn)而基于LQR(LinearQuadraticRegulator)最優(yōu)控制方法，通過控制三種基本染料的用量使預(yù)先定義的二次型性能指標(biāo)最優(yōu)，從而保證生成配方的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。本發(fā)明方法的歩驟是(l)建立染色配方模型利用已有的確定的多組染色數(shù)據(jù)，建立染色配方模型，即建立減色系統(tǒng)中三種基本染料的用量比例關(guān)系與最終生成顏色色度值之間的對應(yīng)關(guān)系?？紤]染色配方模型為線性，表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，y為染色過程結(jié)束后生成顏色的色度值，代表模型輸出；z=1,2,3為三種基本染料的用量，代表模型輸入。模型的辨識問題就是通過輸入、輸出測量數(shù)據(jù)去估計參數(shù)ao，化，a2,a3，ai，《2，a3具體計算公式如下式中:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中為N組輸出數(shù)據(jù)所組成的向量，。w為N組輸入數(shù)據(jù)所組成的矩陣。以下為公式0=(O^Ow)—'①；;v的理論推導(dǎo)依據(jù)。由于所確定模型結(jié)構(gòu)的近似性及數(shù)據(jù)的量測誤差，所以對于每一組實測數(shù)據(jù)都不能精確地滿足上述模型。因此實際模型結(jié)構(gòu)應(yīng)表示為=ao+a4M1(fc)+ct2M2(fc)+a3M3(/c)+e(/c)/c=1，…，W其中，W&)，W2(fe)，u3(fe);}表示第&組輸入、輸出數(shù)據(jù)，iV是數(shù)據(jù)(組)的總數(shù)；e(fc)為模型的隨機(jī)誤差項，是服從正態(tài)分布iV(0,一)的白噪聲序列。由于模型受隨機(jī)噪聲干擾，因而模型輸出^fe)是隨機(jī)的。因此，考慮利用最大似然法來估計參數(shù)ao，&，a2,a3的值。在最大似然估計中，樣本是固定的，iV個觀測值都是獨立的，這個樣本可由各種不同的總體生成，為此需要估計每個可能總體取得這iV個觀測值的聯(lián)合概率，選擇其參數(shù)能使觀測樣本的聯(lián)合概率最大的那個總體。因為在所有可能出現(xiàn)的情況中，已經(jīng)出現(xiàn)的情況應(yīng)該具有最大的概率。結(jié)合上述實際模型，由于e(fc)服從正態(tài)分布，于是染色數(shù)據(jù)(即樣本)的聯(lián)合概率密度為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>也稱I為似然函數(shù)，式中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計中最大似然原則可知，使得1達(dá)到最大的參數(shù)估計^稱為最大似然估計，通過對似然函數(shù)求導(dǎo)可得最大似然估計為(2)生成準(zhǔn)確的染色配方依據(jù)最大似然估計法得出的染色配方模型，不可避免的依舊存在誤差，考慮通過LQR最優(yōu)控制方法細(xì)調(diào)，以得到更為準(zhǔn)確的染色配方。為此，選取二次型控制性能指標(biāo)J如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中，e(i)為輸出誤差，即實際色度值與設(shè)定色度值之間的偏差，u(i)為控制輸入向量，即三種基本染料的用量。Q、i為正定矩陣，它們的取值代表了相應(yīng)的二次項在控制性能指標(biāo)中的權(quán)重，纟。為初始時刻，^為終止時刻?？刂颇繕?biāo)就是要極小化該二次型指標(biāo)，其物理意義就是讓系統(tǒng)在整個過程控制中的色度值誤差與染料消耗綜合最優(yōu)。待色度值偏差穩(wěn)定在1%以內(nèi)，將該組染色配方存入配方數(shù)據(jù)庫。(3)自動生成染色配方給定用戶需要色度值，查詢?nèi)旧浞綌?shù)據(jù)庫進(jìn)而自動給出染色配方。若配方數(shù)據(jù)庫中查詢不到相應(yīng)的染色配方，則將該給定色度值利用步驟(2)，得出對應(yīng)的染色配方，并存入配方數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)采用LQR控制算法，能較好的補(bǔ)償模型本身存在的誤差，保證生成更為準(zhǔn)確的染色配方。此外，由于在控制性能指標(biāo)的設(shè)計中加入了染料用量這一項，使得在考慮染色配方精度的同時，也兼顧了原料的用量，從而為用戶節(jié)省了染料使用成本。(2)該方法便于實現(xiàn)染色配方生成的數(shù)字化、自動化，避免了人為因素對染色顏色的影響，符合企業(yè)信息化要求。圖l為本發(fā)明的步驟流程圖；圖2為圖1中控制方塊圖。具體實施方式如圖l，染色配方自動生成方法的具體步驟是1)獲取已有的確定的染色配方數(shù)據(jù)，可通過實驗生成或已有的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)。若是實驗，則待色度值誤差在1%以內(nèi)時所得數(shù)據(jù)才算有效。2)利用最大似然估計算法對數(shù)據(jù)處理，建立起染色配方的數(shù)學(xué)模型y=a0+a禽+a2"2+a3M3數(shù)學(xué)模型一旦建立，在下面的步驟中就不再變更了。3)給定期望色度值及加權(quán)矩陣Q、R，利用LQR控制算法，調(diào)節(jié)染料用量，以生成最優(yōu)的色度值?？刂平Y(jié)構(gòu)圖如2所示，通過極小化二次型性能指標(biāo)，不斷調(diào)節(jié)染料用量，使得實際色度值接近期望色度值。當(dāng)色度值誤差在1%以內(nèi)時，即認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)態(tài)，記錄下相應(yīng)原料用量比例關(guān)系及色度值，并將其添加進(jìn)染色配方數(shù)據(jù)庫。此步可重復(fù)進(jìn)行，以生成更多的染色配方。4)針對用戶需要色度值，通過査詢數(shù)據(jù)庫從而給出對應(yīng)的染色配方。若沒有，則將該用戶色度值利用歩驟3)，得出對應(yīng)的染色配方，并存入配方數(shù)據(jù)庫。權(quán)利要求1、染色配方的自動生成方法，其特征在于該方法的步驟是(1)建立染色配方模型利用已有的確定的多組染色數(shù)據(jù)建立染色配方模型，即建立減色系統(tǒng)中三種基本染料的用量比例關(guān)系與最終生成顏色色度值之間的對應(yīng)關(guān)系，考慮該模型為線性，表示如下y＝a0+a1u1+a2u2+a3u3其中，y為染色過程結(jié)束后生成顏色的色度值，代表模型輸出；ui，i＝1，2，3為三種基本染料的用量，代表模型輸入；a0，a1，a2，a3具體計算公式如下<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>&theta;</mi><mo>=</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>&Phi;</mi><mi>N</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>&Phi;</mi><mi>N</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><msubsup><mi>&Phi;</mi><mi>N</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>y</mi><mi>N</mi></msub></mrow>]]></math></maths>式中<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>y</mi><mi>N</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>N</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0002"file="A2008101620400002C4.tif"wi="31"he="18"top="109"left="39"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>&theta;</mi><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mn>3</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0003"file="A2008101620400002C5.tif"wi="21"he="23"top="106"left="73"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&Phi;</mi><mi>N</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd><mtd><mo>&CenterDot;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>N</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>N</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><msub><mi>u</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>N</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>]]></math>id="icf0004"file="A2008101620400002C6.tif"wi="70"he="24"top="106"left="98"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>其中為yN為N組輸出數(shù)據(jù)所組成的向量，ФN為N組輸入數(shù)據(jù)所組成的矩陣；(2)生成準(zhǔn)確的染色配方依據(jù)步驟(1)的染色配方模型通過采用最優(yōu)控制方法細(xì)調(diào)，以得到更為準(zhǔn)確的染色配方，具體的控制性能指標(biāo)J為<mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><mi>J</mi><mo>=</mo><msubsup><mo>&Integral;</mo><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub><msub><mi>t</mi><mi>f</mi></msub></msubsup><mo>[</mo><msup><mi>e</mi><mi>T</mi></msup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>Qe</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msup><mi>u</mi><mi>T</mi></msup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>Ru</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mi>dt</mi></mrow>]]></math></maths>其中，e(t)為輸出誤差，即實際色度值與設(shè)定色度值之間的偏差，u(t)為控制輸入向量，即三種基本染料的用量，Q、R為正定矩陣，它們的取值代表了相應(yīng)的二次項在控制性能指標(biāo)中的權(quán)重，t0為初始時刻，tf為終止時刻；當(dāng)色度值偏差穩(wěn)定在1％以內(nèi)，將該組染色配方存入配方數(shù)據(jù)庫；(3)自動生成染色配方給定用戶需要色度值，通過查詢?nèi)旧浞綌?shù)據(jù)庫自動給出染色配方；若配方數(shù)據(jù)庫中查詢不到對應(yīng)的染色配方，則將該給定色度值利用步驟(2)，得出對應(yīng)的染色配方，并存入配方數(shù)據(jù)庫。2=1,2,3為三種基本染料的用量，代表模型輸入；a。，a2，^3具體計算公式如下:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中為3V為N組輸出數(shù)據(jù)所組成的向量，<1V為N組輸入數(shù)據(jù)所組成的矩陣；(2)生成準(zhǔn)確的染色配方依據(jù)步驟(l)的染色配方模型通過采用最優(yōu)控制方法細(xì)調(diào)，以得到更為準(zhǔn)確的染色配方，具體的控制性能指標(biāo)J為其中，e^為輸出誤差，即實際色度值與設(shè)定色度值之間的偏差，u(t)為控制輸入向量，即三種基本染料的用量，Q、i為正定矩陣，它們的取值代表了相應(yīng)的二次項在控制性能指標(biāo)中的權(quán)重，纟o為初始時刻，Z/為終止時刻；當(dāng)色度值偏差穩(wěn)定在1%以內(nèi)，將該組染色配方存入配方數(shù)據(jù)庫；(3)自動生成染色配方給定用戶需要色度值，通過査詢?nèi)旧浞綌?shù)據(jù)庫自動給出染色配方；f*鵬若配方數(shù)據(jù)庫中査詢不到對應(yīng)的染色配方，則將該給定色度值利用歹錄(2)，得出對應(yīng)的染色配方，并存入配方數(shù)據(jù)庫。全文摘要本發(fā)明涉及染色配方的自動生成方法?，F(xiàn)今印染企業(yè)的染色配方多由經(jīng)驗來決定，不準(zhǔn)確。本發(fā)明以印染行業(yè)中廣泛采用的減色系統(tǒng)三基色為基礎(chǔ)，建立染色配方模型，并基于最大似然法來估計模型參數(shù)?？紤]到模型本身存在的誤差，基于線性二次最優(yōu)控制方法，通過控制三種基本染料的用量來使得預(yù)先定義的二次型性能指標(biāo)最優(yōu)，具體步驟包括建立染色配方模型、生成準(zhǔn)確的染色配方、自動生成染色配方。本發(fā)明方法能較好的補(bǔ)償模型本身存在的誤差，保證生成更為準(zhǔn)確的染色配方。文檔編號G05B17/02GK101403893SQ200810162040公開日2009年4月8日申請日期2008年11月17日優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日發(fā)明者周曉慧,偉杜,王建中,薛安克,魯仁全申請人:杭州電子科技大學(xué)