能 獲得十分滿意的控制效果。通過先進(jìn)過程控制APC(Advanced Proccess Control)提高系統(tǒng) 性能已成為一種趨勢。
[0027] 在眾多的APC中，預(yù)測PI控制算法自1992年由化gglund提出W來，得到了逐步的發(fā) 展和改善，并成功應(yīng)用在了一些復(fù)雜對象的控制上。預(yù)測PI控制算法可分為兩種:一種是帶 有預(yù)測功能的PID控制器，其本質(zhì)還是一種PID控制器，只是依據(jù)一些先進(jìn)控制機(jī)理來設(shè)計(jì) 控制器參數(shù)。另一種也是本方案所采用的，是預(yù)測算法和PID算法融合在一起的控制器，是 一種真正意義上的預(yù)測PI控制算法。
[0028] 預(yù)測PI控制算法已經(jīng)成功應(yīng)用到石油化工、鋼鐵、化纖、玻璃、生物發(fā)酵、復(fù)烤和卷 煙行業(yè)中的100多個控制回路上，該控制器的輸入輸出傳遞函數(shù)可表示：
[0029]
[0030] 式中T為過程的主導(dǎo)時間常數(shù)，K一般選為過程增益，τ是系統(tǒng)滯后時間，λ是可調(diào)參 數(shù)，其目的是調(diào)整系統(tǒng)的閉環(huán)響應(yīng)速度。運(yùn)種控制器從結(jié)構(gòu)上來看，其第一項(xiàng)為ΡΙ控制器， 第二項(xiàng)為預(yù)測控制器。因而該控制算法既具有PID控制算法結(jié)構(gòu)簡單、整定方便的優(yōu)點(diǎn)，又 具有預(yù)測的功能，控制精度高，魯棒性能好。在算法的實(shí)現(xiàn)上也非常方便。
[0031 ] Kalman濾波技術(shù)
[0032] 由于采用紅外方式對進(jìn)料和出料水分進(jìn)行測量，而運(yùn)種方式測量精度低，受多種 干擾因素的影響較大，測量噪聲大，穩(wěn)定性差。因此有必要對紅外水分的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根 據(jù)紅外水分測量原理和Kalman濾波技術(shù)，對所測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度上，得 到最為真實(shí)的水分?jǐn)?shù)據(jù)，為CTD氣流式烘絲機(jī)的穩(wěn)定操作提供保證。
[0033] 卡爾曼濾波是一種高效率的遞歸濾波器（自回歸濾波器），它能夠從一系列的不完 全包含噪聲的測量中，估計(jì)動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。簡單來說，卡爾曼濾波器是一個"optimal recursive da1:a processing algorithm!；最優(yōu)化自回歸數(shù)據(jù)處理算法Γ。對于解決很大部 分的問題，它是最優(yōu)、效率最高甚至是最有用的。它的廣泛應(yīng)用已經(jīng)超過30年，包括機(jī)器人 導(dǎo)航、控制、傳感器數(shù)據(jù)融合甚至在軍事方面的雷達(dá)系統(tǒng)W及導(dǎo)彈追蹤等等。近年來更被應(yīng) 用于計(jì)算機(jī)圖像處理，例如頭臉識別、圖像分割、圖像邊緣檢測等等。
[0034] 卡爾曼濾波器的5條公式是其核屯、內(nèi)容。結(jié)合現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)，其實(shí)卡爾曼的程序相 當(dāng)?shù)暮唵危灰斫饬怂哪?條公式，實(shí)際應(yīng)用也就變得非常簡單。
[0035] 本實(shí)施方式的研究對象是CTD氣流式烘絲機(jī)的出口水分。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，運(yùn)個水分 是和引射蒸汽流量、熱風(fēng)溫度、風(fēng)速、排潮量等有一定的動態(tài)關(guān)系的，也就是下時刻的水分 是可W運(yùn)些工藝量的變化而可W估計(jì)的。但經(jīng)驗(yàn)估計(jì)不是100%的準(zhǔn)確，可能會有偏差。運(yùn) 些偏差可W視為高斯白噪聲，也就是偏差跟前后時間是沒有關(guān)系的，而且符合高斯分配。另 夕h紅外水分測量也是不準(zhǔn)確的，測量值會比實(shí)際值有偏差。也把運(yùn)個偏差看成是高斯白噪 聲?，F(xiàn)在，在某一時刻有兩個有關(guān)出口水分值:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測值(系統(tǒng)的預(yù)測值)和紅外線 水分測量的值(測量值）。運(yùn)用運(yùn)兩個值結(jié)合它們各自的噪聲來估算出口水分的實(shí)際值，此 時得到的運(yùn)個實(shí)際值從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度上講是最為準(zhǔn)確的和可靠的。
[0036] 雙重(多重)控制技術(shù)
[0037] 在現(xiàn)有的水分控制中，一般采用固定排潮量，通過調(diào)整熱風(fēng)溫度來控制水分。運(yùn)種 方案沒有將調(diào)整排潮和熱風(fēng)溫度有機(jī)結(jié)合起來，不能真正保證干燥塔內(nèi)濕度相對穩(wěn)定。
[0038] 本方案采取排潮控制為主，熱風(fēng)溫度控制為輔，并將兩者協(xié)調(diào)統(tǒng)一。在短期W排潮 控制出口水分，由于排潮控制水分具有快速的響應(yīng)速度，運(yùn)樣可W極大限度的提高水分控 制的精度，而當(dāng)排潮的閥位過小或者過大時，將W適當(dāng)?shù)乃俾收{(diào)整熱風(fēng)溫度，運(yùn)樣由于熱風(fēng) 溫度的改變，將使排潮閥位恢復(fù)到所期望的設(shè)定值。運(yùn)種控制模式既能夠提高水分的控制 精度，又能夠在進(jìn)料狀態(tài)(如入口水分，入口流量)發(fā)生變化的情況下，保持干燥塔內(nèi)濕度場 相對恒定，進(jìn)而保證烘絲的工藝質(zhì)量品質(zhì)。具體方案如圖3所示。
[0039] 根據(jù)W往的成功案例，CTD氣流式烘絲機(jī)實(shí)施先進(jìn)控制方案W后，可W達(dá)到如下目 標(biāo)：
[0040] 1.控制過程完全自動，真正做到一鍵式操作，避免在生產(chǎn)過程中的人工干預(yù)，降低 操作強(qiáng)度和操作的隨意性。
[0041 ] 2 .克服干擾能力強(qiáng)，控制精度高，出口水分控制在設(shè)定值±0.5%的合格率大于 97%，標(biāo)準(zhǔn)差小于0.15，出口水分平均值偏離設(shè)定點(diǎn)小于0.1。
[0042] 3.具有自適應(yīng)控制功能，在頭部通過在線學(xué)習(xí)和精確的數(shù)學(xué)模型，確保頭部水分 快速的到達(dá)設(shè)定值，既不沖高，也不偏低。
[0043] 4.通過精確的數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化頭部和尾部的控制模式，最大限度的降低頭部和尾 部干煙絲量，干煙絲量在原有基礎(chǔ)上減少30%。
[0044] 5.協(xié)調(diào)熱風(fēng)溫度和排潮量對水分調(diào)整之間的關(guān)聯(lián)，消除它們之間的禪合，避免調(diào) 整過程中的振蕩。
[0045] 6.通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)調(diào)整盡可能的平滑，降低控制系統(tǒng)的波動幅度，減少堵 料與設(shè)備故障次數(shù)，減少煙絲在生產(chǎn)過程中的造碎。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種關(guān)于CTD氣流式烘絲機(jī)的先進(jìn)控制方法，其特征在于，將預(yù)測PI控制算法與雙重 積分環(huán)節(jié)串聯(lián)使用，使得預(yù)測PI控制算法對常值干擾進(jìn)行校正;在偏差減小的同時，所述雙 重積分環(huán)節(jié)用于緩慢調(diào)節(jié)副控制器，使主執(zhí)行器值回復(fù)到理想設(shè)定值上，從而使系統(tǒng)具有 良好的靜態(tài)性能，并最終使系統(tǒng)達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)于CTD氣流式烘絲機(jī)的先進(jìn)控制方法，其特征在于，所述預(yù) 測PI控制算法的輸入/出關(guān)系為|其中，λ是一 個可調(diào)參數(shù)，直接控制閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)的速度，Κ為增益、1\積分時間常數(shù)、e(t)為輸入與輸出 的偏差、u(t)為輸出、u(t_L)為t_L時刻的輸出。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)于CTD氣流式烘絲機(jī)的先進(jìn)控制方法，其特征在于，所述雙 重積分環(huán)節(jié)采取以排潮控制為主、熱風(fēng)溫度控制為輔的方式將兩者協(xié)調(diào)統(tǒng)一。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的關(guān)于CTD氣流式烘絲機(jī)的先進(jìn)控制方法，其特征在于，所述雙 重積分環(huán)節(jié)在短期以排潮來控制出口水分，當(dāng)排潮的閥位超過設(shè)定值范圍時，將調(diào)整熱風(fēng) 溫度，通過熱風(fēng)溫度的改變，使排潮閥位恢復(fù)到設(shè)定值范圍。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種關(guān)于CTD氣流式烘絲機(jī)的先進(jìn)控制方法，將預(yù)測PI控制算法與雙重積分環(huán)節(jié)串聯(lián)使用，使得預(yù)測PI控制算法對常值干擾進(jìn)行校正；在偏差減小的同時，所述雙重積分環(huán)節(jié)用于緩慢調(diào)節(jié)副控制器，使主執(zhí)行器值回復(fù)到理想設(shè)定值上，從而使系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)性能，并最終使系統(tǒng)達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明能夠去除干擾效果，使烘絲的出口水分達(dá)到更高的控制精度。
【IPC分類】A24B3/04
【公開號】CN105595391
【申請?zhí)枴緾N201610018205
【發(fā)明人】張毅
【申請人】東華大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月12日