一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法技术

一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法，包括：采用集成温度传感器实现温度信号采集；利用参数可控式PID控制器以及模糊推理方法，建立基于一定设计原则自适应模糊PID控制系统，处理采样温度数据；规范化控制系统模糊变量，采用三角型隶属函数量化模糊控制器的输入信号，并根据模糊控制规则进行控制器的模糊推理；采用加权平均方法精确化模糊控制量，获得温度控制量，从而自动调节窖池内不同区域的温度变化；该方法具有良好的抗干扰能力，利用参数可控式的自适应模糊PID控制系统，通过规范化模糊变量以及三角型隶属函数的模糊量化总结出模糊规则，并进行模糊推理，去模糊化后获得相应的控制输出量，从而实现基于预控的目标温度强稳定控制。

An Intelligent Temperature Control Method for White Wine Brewing Based on Fuzzy Reasoning

An intelligent temperature control method for white wine brewing process based on fuzzy reasoning is presented, which includes: temperature signal acquisition using integrated temperature sensor; parameter controllable PID controller and fuzzy reasoning method to establish adaptive fuzzy PID control system based on certain design principles to process sampling temperature data; standardized control system with fuzzy variables and triangular membership function. Quantifying the input signal of the fuzzy controller and the fuzzy reasoning of the controller according to the rules of the fuzzy control; using weighted average method to accurately control the quantity of the fuzzy control and obtain the temperature control quantity, so as to automatically adjust the temperature change in different areas of the pit; this method has good anti-jamming ability, and makes use of the adaptive fuzzy PID control system with controllable parameters and through the normalized model. Fuzzy rules are summarized by fuzzy quantification of fuzzy variables and triangular membership functions, and fuzzy reasoning is carried out to obtain the corresponding control output after de-fuzzification, so as to achieve strong and stable control of target temperature based on pre-control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法
本专利技术涉及数据处理和模糊控制领域，具体涉及一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法。
技术介绍
白酒酿造是微生物生长代谢即物质转化的复杂过程，温度是影响微生物生长和存活的主要环境因素之一。酒精发酵过程中，若发酵温度过高则会增加高级醇的生成量或者使酵母菌失去活性而停止发酵，温度较低则可能导致挥发性酯类物质生成量增加，直接影响白酒的品质和产量。现有技术在进行温度控制时，采用过程控制方法，在达到目标温度点附近时不可避免的出现一定程度的波动，无法实现高精度的稳定控制。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法，利用参数可控式的自适应模糊PID(比例-积分-导数控制)控制系统，通过规范化模糊变量以及三角型隶属函数的模糊量化总结得出模糊规则，利用模糊控制规则进行模糊推理，去模糊化后获得相应的控制输出量，从而进行白酒酿造窖池的温度控制。解决上述问题所采用的技术方案，包括以下步骤：A.采用集成温度传感器置于白酒窖池温度测点，利用温度传感单元检测窖池温度，实现温度信号采集；B.利用参数可控式PID控制器以及模糊推理方法，建立基于一定设计原则自适应模糊PID控制系统，处理采样温度数据；C.规范化控制系统模糊变量，采用三角型隶属函数量化模糊控制器的输入信号，并根据模糊控制规则进行控制器的模糊推理；D.采用加权平均方法精确化模糊控制量，获得温度控制量，从而自动调节窖池内不同区域的温度变化，实现白酒酿造过程的温度智能调控任务。本专利技术的有益效果是：在复杂多变且偶发性强的发酵控制任务中，本专利技术利用参数可控式的自适应模糊PID控制系统，通过规范化模糊变量以及三角型隶属函数的模糊量化总结得出模糊规则，利用模糊控制规则进行模糊推理，去模糊化后获得相应的控制输出量，从而实现基于预控的目标温度强稳定控制，对于提高白酒酿造的品质和高附加值产品具有有益的效果。附图说明图1为一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法的整体流程图；图2为传感器分布示意图；图3为自适应模糊PID控制系统框图。具体实施方式参照图1，本专利技术所述的方法包括以下步骤：A.采用集成温度传感器置于白酒窖池温度测点，利用温度传感单元检测窖池温度，实现温度信号采集；采用不锈钢空心管作为白酒窖池的温度感知测温杆，空心管的长度根据具体窖池深度做适当的调整，使用数字式温度传感器作为温度感知元件，采集窖池各深度及各区域的温度数据；测温杆的上、中、下三层分别固定一个温度传感器，采用氧化镁作为填充剂，各传感器之间的位置分布如图2所示。不锈钢测温杆外部连接电源线、数据线和地线，通过程序驱动获取各层传感器的温度信息：①整个测控电路的主控电路中采用单机片处理各种参数的采集与传输；②设置点对点的通讯方式在保证低功耗的同时实现远距离的无线数据传输；③整个装置中测控电路采用自带有充电方式的充电电路，便于生产现场装置的充电，避免更换电池的麻烦；利用该温度采集装置，记录白酒发酵过程中窖池各层传感器温度的变化，实现温度数据的采集；B.利用参数可控式PID控制器以及模糊推理方法，建立基于一定设计原则自适应模糊PID控制系统，处理采样温度数据；(1)建立自适应模糊PID控制系统，模糊控制器根据不同的误差和误差变化率在线自适应确定PID参数，进行温度的模糊控制；①采集的数据通过A/D转换器显示在计算机中，自适应模糊PID控制系统，通过处理采样数据获得相应的误差和误差变化率，利用模糊控制决策表获得控制量，经计算求得控制输出量，从而控制酒窖中温度的变化；②建立自适应模糊PID控制系统，其结构如图3所示：图中t表示采集的温度，e表式误差，ec表示误差变化率，Kp表示比例作用系数，决定系统的响应速度和精度，KI表示积分作用系数，决定系统的稳态精度，KD表示微分作用系数，决定系统的动态特性；该系统主要由参数可控的PID和模糊控制系统组成，参数可控式PID完成对系统的控制，模糊控制系统实现对PID控制器参数的自动校正；数字式PID控制器函数可表示为：(2)进行自适应模糊PID控制器的设计时，为使系统更好的进行模糊控制，对于不同的误差e和误差变化率ec，PID参数整定应遵循以下原则：①当|e|较大时，应使Kp取较大值，KD取较小值，以便加快系统响应速度，同时使KI＝0，限制系统的积分作用避免出现超调；②当|e|中等时，应使Kp取较小值，KI和KD分别取适当值，保障系统具有较小的超调；③当|e|较小时，应使Kp和KI取较大值，KD取适当值，使系统具有较好的稳态性能，避免在设定的平衡点附近出现振荡；C.规范化控制系统模糊变量，采用三角型隶属函数量化模糊控制器的输入信号，并根据模糊控制规则进行控制器的模糊推理；(1)本方法所采用的自适应模糊PID控制系统，通过二输入三输出的模糊控制器对输入信号根据控制规则进行模糊推理，系统模糊变量为：①输入信号：温度误差绝对值|e|以及温度误差变化率绝对值系统输入信号为温度误差绝对值|ec|；②输出控制量：PID控制器参数Kp、KI、KD；利用采样数据简化PID控制器函数为：f(t)＝f(t-1)+(Kp+KI+KD)e(t)-(Kp+2KD)e(k-1)+KDe(k-2)(2)采用三角型隶属函数将模糊控制器的精确输入量转化为控制规则所需的模糊量，并根据控制规则进行模糊推理；①利用下列算式规范化输入信号以及对应的输出控制量：根据该算式可将区间[a，b]内的变量x转化为在区间[-6，6]内变化的变量y；②采用三角形隶属函数将模糊控制器的输入及输出变量进行模糊化：令误差|e|的语言变量为E，其相应的模糊子集为M＝{Mi|i＝1，2，3，4}，误差变化率|ec|的语言变量为EC，其相应的模糊子集为N＝{Nj|j＝1，2，3，4}，输出控制量Kp、KI、KD的语言变量均为U，其相应的模糊子集为L＝{Lk|k＝1，2，3，4}，假设所有语言变量的论域均为：[0，1，2，3，4，5，6]，对应的模糊语言子集均为：{ZO(0)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}，根据推理语言：ifE＝ZOandEC＝ZOthenU＝ZO经过总结和归纳，获得模糊控制器的控制规则：表1Kp控制规则表表2KI控制规则表表3KD控制规则表利用控制规则根据下列算式进行模糊推理：S表示所有模糊语言变量对应的模糊子集；采用加权平均方法精确化模糊控制量，获得温度控制量，从而自动调节窖池内不同区域的温度变化，实现白酒酿造过程的温度智能调控任务。利用加权平均方法：精确化所有模糊子集S，分别获得对应于误差和误差变化率的PID参数Kp、KI、KD，通过上式计算可得出模糊控制的模糊判决表；系统运行时，利用该表根据每一时刻的e和ec查出相应的输出控制量，进而求得温度控制输出量；利用该系统的控制量控制白酒发酵窖池内加热系统的导通与关断，改变加热装置的加热时间，达到稳定控制温度在给定值的要求，从而实现白酒酿造过程的温度智能调控任务。综上所述，便实现了一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法。在复杂多变且偶发性强的发酵控制任务中，本专利技术利用参数可控式的自适应模糊PID控制系统，通过规范化模糊变量以及三角型隶属函数的模糊量化总结得出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：A.采用集成温度传感器置于白酒窖池温度测点，利用温度传感单元检测窖池温度，实现温度信号采集；B.利用参数可控式PID控制器以及模糊推理方法，建立基于一定设计原则自适应模糊PID控制系统，处理采样温度数据；C.规范化控制系统模糊变量，采用三角型隶属函数量化模糊控制器的输入信号，并根据模糊控制规则进行控制器的模糊推理；D.采用加权平均方法精确化模糊控制量，获得温度控制量，从而自动调节窖池内不同区域的温度变化，实现白酒酿造过程的温度智能调控任务。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：A.采用集成温度传感器置于白酒窖池温度测点，利用温度传感单元检测窖池温度，实现温度信号采集；B.利用参数可控式PID控制器以及模糊推理方法，建立基于一定设计原则自适应模糊PID控制系统，处理采样温度数据；C.规范化控制系统模糊变量，采用三角型隶属函数量化模糊控制器的输入信号，并根据模糊控制规则进行控制器的模糊推理；D.采用加权平均方法精确化模糊控制量，获得温度控制量，从而自动调节窖池内不同区域的温度变化，实现白酒酿造过程的温度智能调控任务。2.根据权利要求1所述的基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法，其特征在于：所述步骤A包括：采用不锈钢空心管作为白酒窖池的温度感知测温杆，空心管的长度根据具体窖池深度做适当的调整，使用数字式温度传感器作为温度感知元件，采集窖池各深度及各区域的温度数据；测温杆的上、中、下三层分别固定一个温度传感器，采用氧化镁作为填充剂；不锈钢测温杆外部连接电源线、数据线和地线，通过程序驱动获取各层传感器的温度信息：①整个测控电路的主控电路中采用单机片处理各种参数的采集与传输；②设置点对点的通讯方式在保证低功耗的同时实现远距离的无线数据传输；③整个装置中测控电路采用自带有充电方式的充电电路；利用该温度采集装置，记录白酒发酵过程中窖池各层传感器温度的变化，实现温度数据的采集。3.根据权利要求2所述的基于模糊推理的白酒酿造过程温度智能控制方法，其特征在于：(1)建立自适应模糊PID控制系统，模糊控制器根据不同的误差和误差变化率在线自适应确定PID参数，进行温度的模糊控制；①采集的数据通过A/D转换器显示在计算机中，自适应模糊PID控制系统，通过处理采样数据获得相应的误差和误差变化率，利用模糊控制决策表获得控制量，经计算求得控制输出量，从而控制酒窖中温度的变化；②建立自适应模糊PID控制系统：t表示采集的温度，e表式误差，ec表示误差变化率，Kp表示比例作用系数，决定系统的响应速度和精度，KI表示积分作用系数，决定系统的稳态精度，KD表示微分作用系数，决定系统的动态特性；该系统主要由参数可控的PID和模糊控制系统组成，参数可控式PID完成对系统的控制，模糊控制系统实现对PID控制器参数的自动校正；数字式PID控制器函数可表示为：(2)进行自适应模糊PID控制器的设计时，为使系统更好的进行模糊控制，对于不同的误差e和误差变化率ec，PID参数整定应遵循以下原则：①当|e|较大时，应使Kp取较大值，KD取...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢永刚，
申请(专利权)人：龙口盛福达食品有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37