一种基于蚁群算法的茶叶加工设备控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蚁群算法的茶叶加工设备控制方法，所述茶叶加工设备包括机架、高度检测装置、电机、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、传动轴、炒锅、电热丝、炒板、速度传感器和温度传感器；本发明专利技术茶叶加工设备对电机和电热丝的控制取决于扭矩传感器取得的具体数值，杜绝工人凭感觉操作导致茶叶炒制质量不稳定的问题，提高了加工茶叶的品质，对提高茶加工品质的提高意义深远；采用正反馈机制，使得搜索过程不断收敛，最终逼近最优解。

A Control Method of Tea Processing Equipment Based on Ant Colony Algorithms

The invention discloses a control method of tea processing equipment based on ant colony algorithm, which includes frame, height detection device, motor, first coupling, torque sensor, second coupling, transmission shaft, frying pan, electric heating wire, frying plate, speed sensor and temperature sensor; the control of tea processing equipment on motor and electric heating wire depends on torsion. The concrete value obtained by moment sensor can eliminate the problem of unstable fried tea quality caused by workers'sensory operation, improve the quality of processed tea, and have far-reaching significance for improving the quality of processed tea. The positive feedback mechanism can make the search process converge continuously and finally approach the optimal solution.

【技术实现步骤摘要】
一种基于蚁群算法的茶叶加工设备控制方法
本专利技术涉及茶叶加工
，更具体的说，尤其涉及一种基于蚁群算法的茶叶加工设备控制方法。
技术介绍
目前球形茶作为主要的一种消费茶，出口历史悠久，世界闻名。在球形茶当中以珠茶最为典型。在历史上，珠茶起源于绍兴平水，品质高，外形圆润，价格昂贵。二十世纪八十年代，珠茶多次获得茶叶大奖。近年我国珠茶的出口量绍兴珠茶约占一半比重，经济影响深远。珠茶作为球形茶的代表在茶叶出口中占有很大比重，越来越受到国内外消费者的喜爱。茶树的起源距今已有六到七万年漫长的历史，最初茶的利用是在原始社会中野生采集中发生的。中国是茶树的发源地，4000多年前，我国就开始利用茶叶，被人们作为解暑的良品。茶叶通过深加工后，可以作为食品或者医药的添加原材料。一般茶叶的加工过程主要分为三部分：茶叶的初制加工、茶叶的精制加工和茶叶的深加工。茶叶初制加工过程中，翻炒成形是一道非常重要的工序，将很大程度上影响茶叶品质及茶叶成形效果的优劣。茶叶在翻炒过程中，将会发生一系列的物理、化学变化，茶叶在翻炒过程中被加工成球形，翻炒成形是茶叶成形、成味、成香、成色的协同工作。但是长期以来茶叶加工设备对于炒茶的温度，风速，时间和炒板速度并没有加以调控，因此提出一种茶叶加工设备控制方法，对提高球形茶加工品质的提高意义深远。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服在茶叶加工设备炒制茶叶时，由于电热丝加热温度和电机转速不匹配，使得茶叶失水速率过快或过慢，进而造成茶叶品质下降的情况，提出了一种基于蚁群算法的茶叶加工设备控制方法，对提高茶加工品质的提高意义深远。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于蚁群算法的茶叶加工设备控制方法，所述茶叶加工设备包括机架、高度检测装置、电机、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、传动轴、炒锅、电热丝、炒板、速度传感器和温度传感器；所述电机和炒锅均固定在机架上，所述电机的输出轴依次连接第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器，第二联轴器的输出轴通过曲柄摇杆机构连接传动轴，炒板固定在传动轴上，炒板下半部分的形状为与炒锅形状相配合半圆形，电机运动时通过第一联轴器、扭矩传感器带动第二联轴器的输出轴转动，进而通过曲柄摇杆机构带动炒板绕着传动轴在炒锅内往复摆动；所述温度传感器和速度传感器固定在炒板底部靠近炒锅的位置，电热丝均匀分布在炒锅的锅底；所述高度检测装置包括万向磁力表座和激光探头，万向磁力表座安装在炒锅旁的机架上且设置有一对，每个万向磁力表座上均安装有三个激光探头，两个万向磁力表座上的三个激光探头位置一一对应，相对两个激光探头的相对方向为炒板翻炒茶叶时茶叶的腾空方向，且三个激光探头从上至下依次布置在万向磁力表座上；所述茶叶加工设备控制方法包括如下步骤：1)根据实际情况和所需的精度，确定两个合理的解空间，分别为温度解空间和电机转速解空间，其解空间的值分别是电热丝加热茶叶的温度和电机转速；2)将温度解空间[a，b]和电机转速解空间[c，d]分别等分成n份，等分后各区间长度分别为各区间记为{I11，I12...Iij...Inm}，其中Iij(i＝1…n，j＝1…m)表示横坐标为i，纵坐标为j的区间，则Iij＝{[a+(i-1)δt，a+iδt]，[c+(i-1)δv，c+jδv]}式中，a+(i-1)δt，a+iδt和c+(j-1)δv，c+jδv分别为区间的左右和上下端点；3)区间Iij中点位置记为xi,yi,则4)初始时刻，在每个区间的中点位置放置一点，记这n*m个点为a1，a2...an*m，点ai*j位于区间的Iij中点位置(xi1，yj1)，控制电热丝和电机分别以该位置所对应的温度和电机转速对茶叶进行加工；每一个位置xi1,yj1对应一个函数值f(xi1，yj1)，该函数值即为茶叶炒制完成后，依据茶叶的色泽，水分，整碎程度这几样影响茶叶品质的因素，对茶叶进行评估的评估分；5)τij(t)表示t时刻子区间Iij上的信息量，在初始时刻各子区间的信息量相等，设τij(t)＝const；初始化各子区间的信息素增量τij＝0，(i＝1…n，j＝1…m)；6)位于区间Iij的点向其邻近区间Ikl进行转移，假设Iij和Ikl之间有一条虚拟的边e(Ii1j1，Ii2j2)，该边的权重为|f(xi1，yj1)-f(xi2，yj2)|，即相邻区间茶叶评估分差值的绝对值，则启发函数ηi1j1i2j2＝|f(xi1，yj1)-f(xi2，yj2)|；7)设点ak当前处于区间Iij，相邻区间茶叶评估分的差值大于0，f(xi2，yj2)-f(xi1，yj1)＞0，点ak就可以转移到其邻近区间；否则，点不向其转移；设用allowedk表示点ak(k＝(1，1)...(m，n)),下一步可以转移的子区间的集合；8)用表示第t次循环点ak从子区间Ii1j1转移到子区间Ii2j2的概率，点ak的转移概率如下：9)如果点ak依概率从子区间Ii1j1转移到了子区间Ii2j2，那么点ak就会在区间Ii2j2留下信息素，所留信息素的量用表示，则10)所有转移到区间Ii2j2的点都要留下相应的信息素，假设在第t次循环，有q个点转移到了区间Ii2j2，记这q个点在区间Ii2j2的信息素总和为Δτi2j2(t)则所有点完成一次邻近区间转移后，要对信息素进行更新处理；区间Ii2j2的信息量τi2j2更新为τi2j2(t+1)＝(1-ρ)τi2j2(t)+Δτi2j2(t)11)茶叶评估分较大的区间含有的信息素会较多，更容易吸引点向其转移；在新的区间根据区间的Iij中点位置(xi1，yj1)，控制电热丝和电机分别以该位置所对应的温度和电机转速对茶叶进行加工，进行循环；当所有点都停止转移的时候，蚁群分布就会出现这样的特点：所有点都分布在评估分较大的区间，而其他区间则没有点，即含有点的区间包含评估分极大值点；取出这些包含点的区间，并将这些区间重新细化，在下一次循环时，让蚁群在这些区间重新搜索评估分极大值点；如此循环下去，蚁群的搜索范围就会越来越小，当细化后的区间足够小的时候，所有点就会停留在评估分极值点附近，点所停留的区间的中点位置就是评估分极值点的位置；该评估分极值点对应的坐标即为最佳电热丝加热温度和电机转速；12)固定并调整万向磁力表座上激光探头在竖直位置上的高度；13)通过调整加热丝，调节炒锅的温度，使得炒锅处于合适的温度区间；14)启动电机，带动曲柄摇杆机构，进而控制炒板做往复摆动，翻炒茶叶；当一个激光探头因茶叶翻炒而被遮挡，而与之相邻的上方探头没有被遮挡住时，检测茶叶翻炒时的高度在这两个探头高度之间和力矩传感器的值，进而控制电机转速；15)通过力矩传感器测得值控制控制电机转速，以保证茶叶所受力矩恒定不变，根据算法得出的电机转速和电热丝加热温度之间的关系，调整电热丝加热温度，茶叶在被翻炒过程中，茶叶中的水分受热蒸发，在恒定力矩的作用下，茶叶每次腾空高度增加；直至茶叶高度稳定在第二探头和第三探头之间；16)改变茶叶所受力矩设定值，并通过力矩传感器控制电机转速，茶叶中的水分进一步受热大量蒸发，在恒定力矩的作用下，茶叶每次腾空高度增加；直至茶叶高度稳定在第一探头和第二探头之间；17)由于茶叶丢失大量水分，空气阻力对茶叶腾空高度的影响程度加大,通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于蚁群算法的茶叶加工设备控制方法，其特征在于：所述茶叶加工设备，包括机架(18)、高度检测装置、电机(1)、第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)、第二联轴器(4)、传动轴(11)、炒锅(6)、电热丝(7)、炒板(8)、速度传感器(9)和温度传感器(10)，所述电机(1)和炒锅(6)均固定在机架(18)上，所述电机(1)的输出轴(5)依次连接第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)和第二联轴器(4)，第二联轴器(4)的输出轴(5)通过曲柄摇杆机构连接传动轴(11)，炒板(8)固定在传动轴(11)上，炒板(8)下半部分的形状为与炒锅(6)形状相配合半圆形，电机(1)运动时通过第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)带动第二联轴器(4)的输出轴(5)转动，进而通过曲柄摇杆机构带动炒板(8)绕着传动轴(11)在炒锅(6)内往复摆动；所述温度传感器(10)和速度传感器(9)固定在炒板(8)底部靠近炒锅(6)的位置，电热丝(7)均匀分布在炒锅(6)的锅底；所述高度检测装置包括万向磁力表座(19)和激光探头(20)，万向磁力表座(19)安装在炒锅(6)旁的机架(18)上且设置有一对，每个万向磁力表座(19)上均安装有三个激光探头(20)，两个万向磁力表座(19)上的三个激光探头(20)位置一一对应，相对两个激光探头(20)的相对方向为炒板(8)翻炒茶叶时茶叶的腾空方向，且三个激光探头(20)从上至下依次布置在万向磁力表座(19)上；所述茶叶加工设备控制方法包括如下步骤：1)根据实际情况和所需的精度，确定两个合理的解空间，分别为温度解空间和电机转速解空间，其解空间的值分别是电热丝加热茶叶的温度和电机转速；2)将温度解空间[a，b]和电机转速解空间[c，d]分别等分成n份，等分后各区间长度分别为...

【技术特征摘要】
1.一种基于蚁群算法的茶叶加工设备控制方法，其特征在于：所述茶叶加工设备，包括机架(18)、高度检测装置、电机(1)、第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)、第二联轴器(4)、传动轴(11)、炒锅(6)、电热丝(7)、炒板(8)、速度传感器(9)和温度传感器(10)，所述电机(1)和炒锅(6)均固定在机架(18)上，所述电机(1)的输出轴(5)依次连接第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)和第二联轴器(4)，第二联轴器(4)的输出轴(5)通过曲柄摇杆机构连接传动轴(11)，炒板(8)固定在传动轴(11)上，炒板(8)下半部分的形状为与炒锅(6)形状相配合半圆形，电机(1)运动时通过第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)带动第二联轴器(4)的输出轴(5)转动，进而通过曲柄摇杆机构带动炒板(8)绕着传动轴(11)在炒锅(6)内往复摆动；所述温度传感器(10)和速度传感器(9)固定在炒板(8)底部靠近炒锅(6)的位置，电热丝(7)均匀分布在炒锅(6)的锅底；所述高度检测装置包括万向磁力表座(19)和激光探头(20)，万向磁力表座(19)安装在炒锅(6)旁的机架(18)上且设置有一对，每个万向磁力表座(19)上均安装有三个激光探头(20)，两个万向磁力表座(19)上的三个激光探头(20)位置一一对应，相对两个激光探头(20)的相对方向为炒板(8)翻炒茶叶时茶叶的腾空方向，且三个激光探头(20)从上至下依次布置在万向磁力表座(19)上；所述茶叶加工设备控制方法包括如下步骤：1)根据实际情况和所需的精度，确定两个合理的解空间，分别为温度解空间和电机转速解空间，其解空间的值分别是电热丝加热茶叶的温度和电机转速；2)将温度解空间[a，b]和电机转速解空间[c，d]分别等分成n份，等分后各区间长度分别为各区间记为{I11，I12...Iij...Inm}，其中Iij(i＝1…n，j＝1…m)表示横坐标为i，纵坐标为j的区间，则Iij＝{[a+(i-1)δt，a+iδt]，[c+(i-1)δv，c+jδv]}式中，a+(i-1)δt，a+iδt和c+(j-1)δv，c+jδv分别为区间的左右和上下端点；3)区间Iij中点位置记为xi,yj,则4)初始时刻，在每个区间的中点位置放置一点，记这n*m个点为a1，a2...an*m，点ai*j位于区间的Iij中点位置(xi1，yj1)，控制电热丝和电机分别以该位置所对应的温度和电机转速对茶叶进行加工；每一个位置xi1,yj1对应一个函数值f(xi1，yj1)，该函数值即为茶叶炒制完成后，依据茶叶的色泽，水分，整碎程度这几样影响茶叶品质的因素，对茶叶进行评估的评估分；5)τij(t)表示t时刻子区间Iij上的信息量，在初始时刻各子区间的信息量相等，设τij(t)＝const；初始化各子区间的信息素增量τij＝0，(i＝1…n，j＝1…m)；6)位于区间Iij的点向其邻近区间Ikl进行转移，假设Iij和Ikl之间有一条虚拟的边e(Ii1j1，Ii2j2)，该边的权重为|f(xi1，yj1)-f(xi2，yj2)|，即相邻区间茶叶评估分差值的绝对值，则启发函数ηi1j1i2j2＝|f(xi1，yj1)-f(xi2，yj2)|；7)设点ak当前处于区间Iij，相邻区间茶叶评估分的差值大于0，f(xi2，yj2)-f(xi1，yj1)＞0，点ak就可以转移到其邻近区...

【专利技术属性】
技术研发人员：单晓杭，徐安生，陈文庆，孙建辉，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33