一种气流式烘丝机燃烧室温度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种气流式烘丝机燃烧室温度控制方法，属于制备烟草技术领域。本方法通过以PID控制为基础，加以模糊补偿来实现。所述PID控制为燃烧室温度PID控制，通过温度传感器采集的实际温度对设定温度的实时反馈调节，输出燃料阀门开度设定值y1；所述模糊补偿是引入模糊控制的误差e及变化速率de参数，分别乘以系数k1、k2后相加得出y2，作为PID输出值y1的补偿量，用于周期性修正y1。本气流式烘丝机燃烧室温度控制方法能够精确、预判性的快速调节燃烧室温度，能够较好的改善气流式烘丝机燃烧室温度控制的滞后性和超调现象，有利于减少工艺气温度的波动，有效稳定了气流式烘丝的烟丝干燥和膨胀过程。

【技术实现步骤摘要】
一种气流式烘丝机燃烧室温度控制方法
本专利技术涉及一种气流式烘丝机燃烧室温度控制方法，属于制备烟草

技术介绍
在烟草制丝工艺中，气流式烘丝机燃烧室主要为烘丝机提供高温干燥气体，用于对烟丝的快速干燥、膨胀和定型，其温度的稳定性直接影响出口烟丝的水分、温度及其他感官质量的控制能力。由于气流烘丝过程是一个多干扰、大滞后、非线性的热容过程，由燃烧室提供的高流速传热介质(工艺气)与烟丝发生热交换作用后，回风至燃烧室循环加热，其中不同产品对工艺温度设定不同、来料烟丝水分的变化、批次间歇时间的变化，都会影响燃烧室温度的波动，这就使得其调节机构—燃料阀门的开度控制变得相当复杂，具体表现在以下几个方面：(1)温度的控制具有大滞后性，尤其是高温气体控制。目前，气流式烘丝机燃烧炉主要采用天然气或柴油两种燃料，燃烧室温度要求在580℃左右，工艺气温度要求在230℃左右，经过热交换后的回风温度在130℃左右，燃烧室温度通过对设定温度的实时反馈，经PID调节燃料阀门开度的大小来实现调控，普遍存在滞后和超调现象。另外，燃料压力、阀门调节的灵敏性都对这种闭环控制产生直接影响。(2)热容过程复杂，影响因素较多。在批次化生产模式下，批次间的生产间歇对燃烧室温度影响极大，即气流式烘丝机从空转到干燥状态转换期间，温度波动较大，燃料阀门的调整幅度也随之增大。另外，烟丝水分、加水量、蒸汽注入量及工艺气流量等参数的变化将直接造成回风温度的波动，对燃烧室温度产生间接影响。(3)工艺要求的变化产生的影响因素。由于制丝生产线对不同烟丝加工要求不同，对工艺气温度的设定值也不同，燃烧室温度随之发生变化，尤其在烟丝种类的转换期间，温度波动较大，来回调控时间也较长。燃烧室温度在上述众多因素的影响下，增大了控制难度，单纯通过传统的PID算法具有很多的局限性，燃料阀门的调控缺乏对温度变化的预判性，难以解决其滞后性和超调现象的弊端，往往出现大幅波动。如英国狄更生·莱格公司生产的气流式烘丝机(HXD)燃烧炉设备，柴油和天然气两用，燃烧室温度采用传统PID控制，设定值为580℃，燃料阀门开度波动范围为14％-33％，最大偏差达到了±27℃，标准偏差达到12℃以上，过程控制能力指数Cpk值在0.7以下，系统的稳定性较差，最终导致干燥过程的不稳定，烘丝机出口水分和温度的控制能力较低。目前，关于燃烧室温度控制的研究众多，有经典PID控制、模糊控制、模糊PID控制等，都未能有效解决温度超调问题。另外，采用模糊控制和模糊PID控制的方法，对于燃烧室高温气体控制的经验数据难以收集，模糊数据库的建立及规则库的定义相对复杂，且易偏离实际，因此均无法获得一个精确的数学模型。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种气流式烘丝机燃烧室温度控制方法，能够较好的改善气流式烘丝机燃烧室温度控制的滞后性和超调现象，有利于减少工艺气温度的波动，有效稳定气流式烘丝的烟丝干燥和膨胀过程，能够实现高温气体的精确、预判性的快速调节。为了实现上述目的，本气流式烘丝机燃烧室温度控制方法通过以PID控制为基础，加以模糊补偿来实现；具体包括以下步骤：(1)通过温度传感器采集的燃烧室温度与设定值实时比较，经过温度PID控制器运算，实时输出燃料阀门开度y1；(2)设定燃烧室温度采集周期t，计算温度采样值C(t)与设定值C的误差e(t)；(3)计算当前温度采样值与前一周期的采样值的差值，作为单位周期内的温度变化速率de(t)；(4)计算模糊补偿量y2，即y2＝k1×e(t)+k2×de(t)，所述k1、k2为经验值，根据不同的工艺要求进行DOE试验整定；(5)计算y1与y2的差值，最终得出燃料阀门开度设定值Y，即Y＝y1-y2；(6)定义所述温度PID控制器死区范围，当处于死区时，k1为零。进一步，所述PID控制器实时输出燃料阀门开度y1和模糊补偿量y2为周期性输出。进一步，所述燃烧室温度工艺要求范围是580±20℃。与现有技术相比，本气流式烘丝机燃烧室温度控制方法以传统PID控制模型为基础，通过引入模糊控制的误差和变化速率参数，来计算补偿量，用于对传统PID输出的修正。本专利技术结合了PID控制和模糊控制的优点，既具有PID控制精度高的特点，又具有模糊算法良好的预判性和灵活性，无需收集大量的经验数据，避免了建立模糊控制模型繁琐、复杂的步骤，易于电控程序的设计和实现，能够精确、预判性的快速调节燃烧室温度，能够较好的改善气流式烘丝机燃烧室温度控制的滞后性和超调现象，有利于减少工艺气温度的波动，有效稳定了气流式烘丝的烟丝干燥和膨胀过程。附图说明图1为气流式烘丝机设备原理示意图；图2为本专利技术的控制流程图；图3为原有的气流式烘丝机控制方式的燃烧室温度趋势图；图4为本专利技术的气流式烘丝机控制方式的燃烧室温度趋势图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1所示，燃料进入燃烧炉点燃后，产生高温持续对热交换器进行加热，高速流动的工艺气在气流式烘丝机内与烟丝发生热交换，即烟丝的干燥、膨胀过程，降温后的回风气体再次进入热交换器进行循环。当燃烧室温度与设定值产生偏差时，通过调节燃料阀门开度的大小，实现对温度的闭环控制。如图2所示，本专利技术通过以PID控制为基础，加以模糊补偿来实现。所述PID控制为燃烧室温度PID控制，通过温度传感器采集的实际温度对设定温度进行实时反馈调节，输出燃料阀门开度设定值y1；所述模糊补偿是引入模糊控制的误差e(t)及变化速率de(t)参数，分别乘以系数k1、k2后相加得出y2，作为PID输出值y1的补偿量，用于周期性修正y1。具体实施例：本实施例的工艺环境：燃烧室温度设定值C为580℃，允差范围±20℃，燃料为天然气。实施例具体步骤如下：(1)通过PID控制器，将温度传感器采集的燃烧室温度数据C1与设定值C进行比较，实时输出燃料阀门开度y1，作为驱动阀门定位器自动调节的瞬时给定值。在本实施例中，y1的统计均值为25.2；(2)根据运行设备的温度变化特性，设定燃烧室温度采集周期t为20秒，周期性采集温度采样值C(t)，并计算与设定值C的差值，得出误差e(t)，即e(t)＝C(t)-C。例如，当周期性采集温度采样值C(t)＝582℃时，得出误差e(t)＝582-580＝2℃；(3)进入下一采集周期时，计算当前周期的温度采样值C(t)与前一周期的采样值C(t-1)的差值，得出单位周期内的温度变化速率de(t)，即de(t)＝C(t)-C(t-1)。例如，前一周期的采样值C(t-1)＝582℃，当前周期的温度采样值C(t)＝583℃，此时e(t)＝3℃，得出单位周期内的温度变化速率de(t)＝583-582＝1℃；(4)系数k1、k2的取值分别为0.6、0.4，计算模糊补偿量y2，即y2＝0.6×3+0.4×1＝2.2，模糊调节对原有的PID控制输出值y1给出2.2的修正值；(5)计算y1与y2的差值，若当前PID控制器输出值y1为23，最终得出燃料阀门开度设定值Y＝23-2.2＝20.8；(6)定义PID调节死区范围为设定值C的0.5％，即当燃烧室温度数据C1＝580±2.9℃时，PID控制器停止调节，系数k1赋值为零。Y、y1、y2对应阀门定位器的输入值时均转换为百分数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气流式烘丝机燃烧室温度控制方法，其特征在于，所述方法通过以PID控制为基础，加以模糊补偿来实现；具体包括以下步骤：(1)通过温度传感器采集的燃烧室温度与设定值实时比较，经过温度PID控制器运算，实时输出燃料阀门开度y1；(2)设定燃烧室温度采集周期t，计算温度采样值C(t)与设定值C的误差e(t)；(3)计算当前温度采样值与前一周期的采样值的差值，作为单位周期内的温度变化速率de(t)；(4)计算模糊补偿量y2，即y2＝k1×e(t)+k2×de(t)，所述k1、k2为经验值，根据不同的工艺要求进行DOE试验整定；(5)计算y1与y2的差值，最终得出燃料阀门开度设定值Y，即Y＝y1‑y2；(6)定义所述温度PID控制器死区范围，当处于死区时，k1为零。

【技术特征摘要】
1.一种气流式烘丝机燃烧室温度控制方法，其特征在于，所述方法通过以PID控制为基础，加以模糊补偿来实现；具体包括以下步骤：(1)通过温度传感器采集的燃烧室温度与设定值实时比较，经过温度PID控制器运算，实时输出燃料阀门开度y1；(2)设定燃烧室温度采集周期t，计算温度采样值C(t)与设定值C的误差e(t)；(3)计算当前温度采样值与前一周期的采样值的差值，作为单位周期内的温度变化速率de(t)；(4)计算模糊补偿量y2，即y2＝k1×e(t)+k2×de(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：董伟，李坤，印德春，赵瑜，赵轻领，胡长霆，郭昌耀，
申请(专利权)人：江苏中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32