一种针对烟草复烤过程出口水分的双重控制方法技术

本发明专利技术涉及一种针对烟草复烤过程出口水分的双重控制方法，将预测PI控制器作为主，副回路的控制器引入到双重控制系统中，根据烟叶出口水分的变化分别调节高压泵频率和干燥段温度变化，先通过主回路的控制器的调节作用改变高压泵的频率，将出口水分快速有效的回复到设定值，在偏差减小的同时，通过副回路的控制器调节干燥段的温度，从根本上消除偏差，从而使高压泵的频率回复到理想设定。本发明专利技术可以降低烟叶复烤过程中出口水分波动幅度，提高产品的合格率和优质率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及过程控制
，特别是涉及一种针对烟草复烤过程出口水分的双重控制方法。
技术介绍
烟叶复烤过程是烟叶生产的关键环节，其主要目的是通过对打叶分离后的烟叶进行处理，从而使烟叶的含水率、温度达到规定的工艺技术指标。烟叶复烤过程按工艺特点主要分为干燥段、冷却段和回潮段，其中干燥段一般分为四个区，冷却段为一个区，回潮段有两个区。其中回潮段对于出口水分的控制手段有两种方式：高压泵变频调节和混合水调节(包括混合水流量调节和混合蒸汽调节，多采用人工手动控制)。烟叶复烤过程是一个多干扰、强耦合、大滞后、非线性、不确定的大热容过程，不同过程的任一区段温湿度的变化都会影响到其后各段的参数和出口烟叶含水率。所以对于此类对象特性具有大滞后且无严格数学模型的系统，采用传统PID控制的闭环系统(见图1)无法达到理想的控制效果。一个被控变量采用两个或两个以上的操纵变量进行控制的系统称为双重或多重控制系统。如图2所示，双重控制系统的主控制器输出作为副控制器的测量信号。其关键问题是系统操纵变量的选择，它们必须是工艺上合理的、经济的，控制性能是快速的、有效的，并且两者同时存在于一个生产过程中。双重控制系统是综合其操纵变量各自优点，克服各自弱点进行优化控制的系统。由于双重控制回路的存在，双重控制系统先通过主控制器的调节作用，将主被控变量快速回复到设定值，然后在偏差较小的同时，双重控制系统又充分发挥副控制器的调节作用，从根本消除偏差，使副控制变量回复到理想设定值。从整体来看，双重控制系统仍是一个定值控制系统。但与单由主控制器、副控制器和慢响应对象组成的单回路控制系统相比，由于增加了一个具有快速响应的回路，使它具有一些特殊的功能：①由于双回路的存在，增加了开环零点，改善了控制品质，提高了系统的稳定性。②双重控制系统的工作频率也得到提高。③动静结合，快慢结合，“急则治标，缓则治本”。这里的“快”指动态特性好，“慢”指静态性能好。由于双回路的存在，使双重控制系统能先用主控制器的作用使输出值尽快回复到设定值，保证了系统具有良好的动态响应，达到了“急则治标”的功效。同时，在偏差减小的同时，双重控制系统又充分发挥了副控制器缓慢的调节作用，并使阀位控制器的开度回复到设定值，这就使系统具有较好的静态性能。由于双重控制系统较好地解决了动静的矛盾，达到了操作优化的目的。经典双重控制算法的不足：(1)传统双重控制系统是建立在简单PID控制算法之上，然而PID控制算法对于一些较为复杂的大滞后、非线性、不确定过程对象无法得到满意的控制效果。(2)传统PID控制算法，在选择Kp，Ki和Kd三个参数时比较困难，设计控制器时往往需要多种手段，反复试凑。在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾的方面之间取得折中，才能获得比较满意的结果。(3)传统PID控制算法由于不能有效的处理带有时延环节的被控对象，使得在有外界干扰的情况下，高压泵长期工作在上限或者下限，导致控制器输出大幅度波动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种针对烟草复烤过程出口水分的双重控制方法，使系统在干扰条件下，仍可以降低烟叶复烤过程中出口水分波动幅度，提高产品的合格率和优质率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种针对烟草复烤过程出口水分的双重控制方法，将预测PI控制器作为主，副回路的控制器引入到双重控制系统中，根据烟叶出口水分的变化分别调节高压泵频率和干燥段温度变化，先通过主回路的控制器的调节作用改变高压泵的频率，将出口水分快速有效的回复到设定值，在偏差减小的同时，通过副回路的控制器调节干燥段的温度，从根本上消除偏差，从而使高压泵的频率回复到理想设定。所述预测PI控制器的输入/出关系为：其中，λ为微分算子，直接控制闭环系统响应的速度，Kp为过程的增益的倒数、T过程的主导时间常数、E(s)为控制器的输入、U(s)是控制器的输出，τ表示延时时间常数，表示积分环节。所述干燥段含水率对象模型为其中，e-40s表示滞后环节。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：(1)预测PI控制器有效处理了系统的延迟环节，缩短了系统响应时间，提高了系统快速性。系统的动态特性和稳态性能指标都比较好。(2)系统在随机干扰项出现以后可以快速而且准确的回到标准值，相比传统PID算法，新型双重控制算法具有良好的跟踪性能和快速抑制干扰的特性。(3)新型双重控制方法能够在有外界干扰的情况下有效避免高压泵长时间工作在上限或者下限，避免控制器输出的大幅度波动。附图说明图1为预测PI控制算法结构图；图2为双重控制算法结构图；图3为引入预测PI控制算法控制烟草复烤过程的出口水分的系统结构图；图4为新型双重控制方案下的出口水分的数据曲线图；图5为高压泵频率数据曲线图；图6为随机干扰影响下的出口水分的数据曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种针对烟草复烤过程出口水分的双重控制方法，将预测PI控制器引入到双重控制系统中，根本上消除偏差，从而使高压泵的频率回复到理想设定，提高产品的合格率和优质率。本专利技术的原理是：(1)传统PID控制算法由于不能有效的处理带有时延环节的被控对象，在此基础上引入预测PI控制器，实现对滞后对象的控制，控制器可调参数少，操作简单易懂。(2)被控对象建模：烟叶复烤过程其内在机理复杂，建立严格的机理模型难度非常大，在此采用机理法和实验法的混合法，也就是常说的建立以输入、输出数据为基础并结合机理的“灰箱”模型。模型的建立包括：机理分析、必要的测试、数据的采集、数据的处理、模型结构的确定、建模方法的选择以及模型参数的确定。根据上述步骤，建立烟叶复烤过程各对象的传递函数见表1。表1被控对象的传递函数如
技术介绍
所述，烟叶复烤过程按工艺特点主要分为干燥段、冷却段和回潮段，其中干燥段一般分为4个区，冷却区为一个段，回潮段有2个区。而回潮段对于出口水分的控制手段有两种种方式：高压泵变频调节、混合水调节。(3)双重控制方案和控制器的选择：回潮段的高压泵变频调节对出口水分的影响最为直接，调节速度快，而干燥段的温度调节速度相对较慢。所以出口水分过程满足双重控制的基本特性。选择双重控制策略控制复烤出口水分过程既可提高水分的控制精度，又可避免高压泵变频调节达到饱和而失去调节余地。如图3所示，水分过程1是干燥段4个区含水率对象，如表1所示，该广义含水率对象具有组合积分过程的特征，采用频率域准则简化干燥段含水率对象模型为方便设计干燥段含水率控制器的设计。水分过程2是高压泵过程的传递函数，利用高压雾化泵调节喷嘴的雾化水量，从而快速而又直接的控制烟叶的出口水分。出口水分控制器2是双重控制系统中的主控制器，采用预测PI控制算法，副控制器为高压泵频率控制器，采用纯积分控制器。同样采用预测PI控制算法的出口水分控制器1的目的是为了提高过程控制的速度，从而更好的解决大干扰对象对于整个控制过程的影响。(4)控制器设计及控制参数确定由表1可见，干燥段的4个温度对象本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对烟草复烤过程出口水分的双重控制方法，其特征在于，将预测PI控制器作为主，副回路的控制器引入到双重控制系统中，根据烟叶出口水分的变化分别调节高压泵频率和干燥段温度变化，先通过主回路的控制器的调节作用改变高压泵的频率，将出口水分快速有效的回复到设定值，在偏差减小的同时，通过副回路的控制器调节干燥段的温度，从根本上消除偏差，从而使高压泵的频率回复到理想设定。

【技术特征摘要】
1.一种针对烟草复烤过程出口水分的双重控制方法，其特征在于，将预测PI控制器作为主，副回路的控制器引入到双重控制系统中，根据烟叶出口水分的变化分别调节高压泵频率和干燥段温度变化，先通过主回路的控制器的调节作用改变高压泵的频率，将出口水分快速有效的回复到设定值，在偏差减小的同时，通过副回路的控制器调节干燥段的温度，从根本上消除偏差，从而使高压泵的频率回复到理想设定。2.根据权利要求1所述的针对...

【专利技术属性】
技术研发人员：任正云，李峰，邹阳，陈安钢，程功，闫子豪，张丙昌，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31