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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种烘丝机出口物料水分控制方法,属于卷烟制丝。
技术介绍
1、卷烟制丝烘丝机普遍采用的工作原理是:一定流量的蒸汽通过筒体薄板内壁,蒸汽在蒸汽道中凝结使热量有效的传导给薄板至烟丝上,同时,风机将环境空气送入蒸汽加热的热交换器产生的热风,流过滚筒期间,通过对流方式将热量传递给烟丝并带走水分,使烟丝达到均匀干燥、均匀加热和填充力均匀的增加,以及恒定的出口水分和水分。同时,筒体内部设置排潮系统,抽取部分含水、含热废气进行排放,以恒定物料的水分,同时间接地影响物料含水率。
2、由于烘丝过程具有较强的非线形、不确定性和大滞后性,再加上烟叶本身的特殊性质,因而使得烘丝过程的水分控制变得十分复杂。从本质上讲,制丝烘丝机物料水分控制属于非线性时变的大滞后系统,如图1所示,目前主流设备厂家采用串级pid控制方法对烘丝机出口水分进行控制。pid控制具有相应快、成熟度高等特点,但如果存在控制滞后、多变量耦合以及环境干扰的情况,pid控制就会出现控制波动大,需要不断调整设定等问题,这使得制丝生产过程经常需要具有丰富经验的操作人员进行调节,才能保证关键工艺指标的控制。同时,串联多级pid控制的缺点主要是控制器数量多、参数调节复杂、控制器之间相互影响、响应速度慢和参数调节不易等方面。因此,导致烘丝机出口水分控制滞后、波动大不稳定、不易找到最优参数等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种烘丝机出口物料水分控制方法,能基于烘丝机不同的主机运行状态和稳态
2、为达到上述目的,本专利技术是采用下述技术方案实现的:
3、第一方面,本专利技术提供了一种烘丝机出口物料水分控制方法,包括:
4、响应于所述烘丝机进入预热阶段、生产状态初始阶段或者收尾阶段,烘丝机相应的水分控制回路中的出口物料水分采用双pid级联模型进行控制,其中双pid级联模型包括用于出口物料水分控制的前级pid模块和用于筒壁温度控制的后级pid模块;
5、响应于所述烘丝机进入生产稳定阶段,断开前级pid模块,采用miso-dmc模型计算出的筒壁温度设定值来对筒壁温度进行控制,采用miso-dmc模型与后级pid模块进行级联,进行烘丝机出口物料水分控制。
6、进一步的,所述前级pid模块和后级pid模块均为串级单闭环负反馈pid。
7、进一步的,所述生产状态初始阶段定义为:烟丝经过烘丝机前端等待烘丝机处于生产主机状态,且出口物料水分反馈控制还未进入稳态;所述烘丝机进入生产稳定阶段定义为:烟丝经过烘丝机前端等待烘丝机处于生产主机状态,且出口物料水分反馈控制进入稳态过程。
8、进一步的,所述miso-dmc模型包括四个预测控制输入变量和一个预测控制输出变量,四个预测控制输入变量分别为烘前水分值fv31、物料流量fv32、烘后出口水分cv3以及切换初始值i3,一个预测控制输出变量为筒壁温度设定值mv3。
9、进一步的,所述miso-dmc模型在建模前先进行模型辨识,将筒壁温度设定值mv3对应烘后出口水分cv3建立一阶滞后的传递函数模型;烘前水分值fv31对应烘后出口水分cv3建立一阶滞后的传递函数模型;物料流量fv32对应烘后出口水分cv3建立一阶滞后的传递函数模型。
10、进一步的,所述用miso-dmc模型计算出的筒壁温度设定值来对筒壁温度进行控制,包括:
11、⑤建立预测模型;
12、miso-dmc的单步预测模型公式为:
13、
14、miso-dmc的多步预测模型公式为:
15、
16、式2和式3中,为miso-dmc预测模型的下一步输出预测值,形式为标量值;为miso-dmc预测模型的当前值,形式为标量;为动态逆矩阵,形式为行矢量;δu(k)为增量矩阵,形式为列矢量;为miso-dmc预测模型的p步m个增量变化的输出预测值,形式为列矢量;为miso-dmc当前预测模型的p步输出预测值,形式为列矢量;a为动态矩阵,形式为行矢量;δum(k)m个增量变化的增量矩阵,形式为列矢量;
17、定义miso-dmc预测模型的输出y对应j个控制输入的uj阶跃响应为fj(t),则可由它们在采样点上的值组成向量aj,其定义公式为:
18、aj=[fj(1),fj(2),...,fj(n)],j=1,2,3 (式4)
19、同样利用阶跃响应为fj(t)组成矩阵bj,其定义公式为:
20、
21、则由式4和式5得出动态逆矩阵a和动态矩阵a:
22、
23、a=[b1 b2 b3] (式7)
24、增量矩阵δu(k)的定义为:
25、
26、m个增量变化的增量矩阵δum(k)定义公式为:
27、
28、⑥建立滚动优化;
29、在每个执行周期都要极小化性能指标j(k):
30、
31、式10中,参数
32、q=block-diag[q(1),...,q(p)];
33、r=block-diag(r1,...,rm),rj=diag[r(1),...,r(m)],j=1,…,m
34、无约束条件情况下,多步模型可计算出最优控制增量可利用如下公式进行计算:
35、
36、多步模型最优控制量则为:
37、um(k)=um(k-1)+δum(k) (式12)
38、无约束条件情况下,单步预测最优控制增量可利用如下公式进行计算:
39、
40、其中,为dmc算法矩阵算子;
41、单步模型最优控制量则为:
42、u(k)=u(k-1)+δu(k) (式14)
43、⑦反馈校正;
44、通过反馈校正建立误差矩阵h来预测k+1时刻的初始预测值,可利用如下公式进行计算:
45、
46、其中,误差矩阵
47、⑧平缓无扰模型切换;
48、如果k时刻,考虑到是否是双pid级联模型刚好切换到miso-dmc模型与后级pid模块级联模式,进行mv3值选择;
49、
50、其中i3为切换初始值,sp2(k)为双pid级联模型的后级pid设定值,时间tf为双pid级联模型刚好切换到miso-dmc模型与后级pid模块级联模式的时刻,u(k)为miso-dmc单步模型最优控制量;
51、通过上述①-④的动态矩阵计算,最终输出mv3值,与后级pid模块进行级联,将miso-dmc模型输出给后级pid模块;
52、采用miso-dmc模型计算出的值来对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述前级PID模块和后级PID模块均为串级单闭环负反馈PID。
3.根据权利要求1所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述生产状态初始阶段定义为:烟丝经过烘丝机前端等待烘丝机处于生产主机状态,且出口物料水分反馈控制还未进入稳态;所述烘丝机进入生产稳定阶段定义为:烟丝经过烘丝机前端等待烘丝机处于生产主机状态,且出口物料水分反馈控制进入稳态过程。
4.根据权利要求1所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述MISO-DMC模型包括四个预测控制输入变量和一个预测控制输出变量,四个预测控制输入变量分别为烘前水分值FV31、物料流量FV32、烘后出口水分CV3以及切换初始值I3,一个预测控制输出变量为筒壁温度设定值MV3。
5.根据权利要求4所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述MISO-DMC模型在建模前先进行模型辨识,将筒壁温度设定值MV3对应烘后出口水分CV3建立一阶滞后的传递函数模型;烘
6.根据权利要求1所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述用MISO-DMC模型计算出的筒壁温度设定值来对筒壁温度进行控制,包括:
7.根据权利要求6所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述后级PID筒壁温度设定值SP2(k)的公式定义为:
8.根据权利要求7所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述方法还包括:根据程序自动切换或人工手动切换选择双PID级联模型或者MISO-DMC模型与后级PID模块级联模式;
...【技术特征摘要】
1.一种烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述前级pid模块和后级pid模块均为串级单闭环负反馈pid。
3.根据权利要求1所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述生产状态初始阶段定义为:烟丝经过烘丝机前端等待烘丝机处于生产主机状态,且出口物料水分反馈控制还未进入稳态;所述烘丝机进入生产稳定阶段定义为:烟丝经过烘丝机前端等待烘丝机处于生产主机状态,且出口物料水分反馈控制进入稳态过程。
4.根据权利要求1所述的烘丝机出口物料水分控制方法,其特征在于,所述miso-dmc模型包括四个预测控制输入变量和一个预测控制输出变量,四个预测控制输入变量分别为烘前水分值fv31、物料流量fv32、烘后出口水分cv3以及切换初始值i3,一个预测控制输出变量为筒壁温度设定值mv3。
<...【专利技术属性】
技术研发人员:郭奔,汤尧平,徐锦青,张利宏,
申请(专利权)人:浙江中烟工业有限责任公司,
类型:发明
国别省市:
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