一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法，包括如下步骤：获取烘丝机生产过程中的相关数据并确定其中至少一个可控工艺参数为可控变量；分别建立至少一个可控工艺参数变化量和入口水分变化量与出口水分变化量的微分方程，和入口水分变化量与出口水分变化量的微分方程；分别进行拉普拉斯变换，并处理成对应的传递函数模型；入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型中设计滤波器作为乘数项；建立烘丝机出口水分预测模型；采用系统辨识工具确定烘丝机出口水分预测模型中参数的具体数值。本申请针对可控变量进行线性建模，实现了对烘丝出口水分的准确预测，解决了白箱预测模型建立困难的问题。解决了白箱预测模型建立困难的问题。解决了白箱预测模型建立困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法


[0001]本申请涉及卷烟制丝
，具体地，涉及一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法。

技术介绍

[0002]在烟草加工过程中，烘丝过程是物料水分控制的重要加工工序，其生产质量会影响到成品卷烟的质量和吸味。出口水分是烘丝过程的重要工艺指标，而出口水分实时预测的准确率对控制烘丝机出口水分以及后续各工序工艺指标有着直接的影响。随着烘丝机理的研究和数学建模的发展，预采用建立机理预测模型的方法预测烘丝机出口水分，但是存在两点难处：第一，在烘丝的生产过程中，存在与烘丝机理相关的变量难以直接收集，例如从物料出口散失的排潮风，前室热风的湿度等；对于有些能够直接收集的变量，也存在难以评估其测量误差的问题，导致建立纯机理的白箱模型难以实现。第二，烘丝机的可控变量主要为排潮风门开度、筒壁温度、热风风量、热风温度这四个参数，其他参数在生产过程中几乎没有变化，如果考虑全盘参数，则会发生没有足够数据支撑建模的情况。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题的至少一个方面，本专利技术提供了一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法，包括如下步骤：
[0004]步骤1：获取烘丝机生产过程中的相关数据并确定其中至少一个可控工艺参数为可控变量，相关数据至少包括牌号信息、批次信息、入口物料流量、入口水分、排潮风门开度、筒壁温度、热风风量、热风温度和出口水分；
[0005]步骤2：建立至少一个可控工艺参数变化量与出口水分变化量的微分方程，和入口水分变化量与出口水分变化量的微分方程；
[0006]步骤3：对步骤2中建立的至少一个可控工艺参数变化量与出口水分变化量的微分方程，和入口水分变化量与出口水分变化量的微分方程分别进行拉普拉斯变换，并处理成对应的传递函数模型；
[0007]步骤4：在步骤3中的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型中设计滤波器作为乘数项，获得带有滤波器的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型；
[0008]步骤5：基于步骤3中得到的至少一个可控工艺参数变化量与出口水分变化量的传递函数模型，与步骤4中得到的带有滤波器的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型，建立烘丝机出口水分预测模型；
[0009]步骤6：采用系统辨识工具确定步骤5中烘丝机出口水分预测模型中参数的具体数值并代入，得到最终烘丝机出口水分预测模型。
[0010]优选地，所述步骤2中入口水分变化量与出口水分变化量的微分方程为：
[0011]Δy＝K
Pr
Δu
r
(t
‑
t
dr
)
[0012]其中，Δy代表出口水分变化量；K
Pr
代表增益系数；Δu
r
代表入口水分变化量；t代
表时间；t
dr
代表烘丝入口水分至出口水分的时延；
[0013]则经过步骤3的拉普拉斯变换并处理后，得到的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型为：
[0014][0015]其中，ΔY(s)代表入口水分改变前后出口水分的变化量；ΔU
r
(s)代表入口水分的变化量；G
r
(s)代表入口水分改变前后出口水分的变化量与入口水分的变化量的比值；s代表复频率。
[0016]优选地，所述步骤4中的滤波器采用一阶低通滤波器。
[0017]优选地，所述一阶低通滤波器为：
[0018][0019]其中，T
Pr
为入口水分的一阶低通滤波系数；G
LPF
(s)代表低通滤波器；s代表复频率；
[0020]则步骤4中的带有滤波器的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型为：
[0021][0022]优选地，所述步骤2中可控工艺参数变化量与出口水分变化量的微分方程为：
[0023][0024]其中，i代表可控工艺参数，i的数量大于等于1；Δy代表出口水分变化量；t代表时间；T
Pi
代表时间常数；K
Pi
代表增益系数；Δu
i
代表可控工艺参数变化量；t
di
代表可控工艺参数改变后至烘丝机出口水分的反应时延；
[0025]则经过步骤3的拉普拉斯变换并处理后，得到的可控工艺参数变化量与出口水分变化量的传递函数模型为：
[0026][0027]其中，ΔY(s)代表可控工艺参数改变前后出口水分的变化量；ΔU
i
(s)代表可控工艺参数的变化量；G
i
(s)代表可控工艺参数改变前后出口水分的变化量与可控工艺参数的变化量的比值；s代表复频率。
[0028]优选地，所述步骤5中烘丝机出口水分预测模型为：
[0029][0030]其中，n代表i的数量；Y0代表可控工艺参数或入口水分改变前稳态时的出口水分。
[0031]优选地，所述K
Pr
等于1。
[0032]优选地，所述步骤6中的系统辨识工具为Matlab的System Identification系统辨
识工具箱。
[0033]优选地，所述步骤1中可控工艺参数为排潮风门开度、筒壁温度、热风风量、热风温度中的一个或多个。
[0034]本专利技术的一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法，具有以下有益效果：
[0035]本申请基于传递函数，针对烘丝过程的稳态阶段，建立了关于可控工艺参数变化量和入口水分变化量与出口水分变化量的线性预测模型，简化对烘丝过程的描述，解决了白箱预测模型建立困难的问题，提高了计算速度并减少了计算开销；当调节可控变量时，能够准确预测出口水分的变化趋势，实现了对烘丝出口水分的准确预测，对烘丝机的预测控制打下预测模型基础；通过在入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型中设计一阶低通滤波器过滤掉传感器本身的噪声和生产过程中的随机扰动，从而提高本申请预测模型的准确性。
附图说明
[0036]为了更好地理解本专利技术的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本专利技术的优选实施方式，对本专利技术的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
[0037]图1示出了根据本专利技术实施例的一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法的示意图；
[0038]图2示出了根据本专利技术实施例的由排潮风门开度变化引起的出口水分变化的预测值与实际值对比图；
[0039]图3示出了根据本专利技术实施例的由筒壁温度变化引起的出口水分变化的预测值与实际值对比图。
具体实施方式
[0040]以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：获取烘丝机生产过程中的相关数据并确定其中至少一个可控工艺参数为可控变量，相关数据至少包括牌号信息、批次信息、入口物料流量、入口水分、排潮风门开度、筒壁温度、热风风量、热风温度和出口水分；步骤2：建立至少一个可控工艺参数变化量与出口水分变化量的微分方程，和入口水分变化量与出口水分变化量的微分方程；步骤3：对步骤2中建立的至少一个可控工艺参数变化量与出口水分变化量的微分方程，和入口水分变化量与出口水分变化量的微分方程分别进行拉普拉斯变换，并处理成对应的传递函数模型；步骤4：在步骤3中的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型中设计滤波器作为乘数项，获得带有滤波器的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型；步骤5：基于步骤3中得到的至少一个可控工艺参数变化量与出口水分变化量的传递函数模型，与步骤4中得到的带有滤波器的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型，建立烘丝机出口水分预测模型；步骤6：采用系统辨识工具确定步骤5中烘丝机出口水分预测模型中参数的具体数值并代入，得到最终烘丝机出口水分预测模型。2.根据权利要求1所述的一种基于传递函数的烘丝机出口水分预测方法，其特征在于：所述步骤2中入口水分变化量与出口水分变化量的微分方程为：Δy＝K
Pr
Δu
r
(t
‑
t
dr
)其中，Δy代表出口水分变化量；K
Pr
代表增益系数；Δu
r
代表入口水分变化量；t代表时间；t
dr
代表烘丝入口水分至出口水分的时延；则经过步骤3的拉普拉斯变换并处理后，得到的入口水分变化量与出口水分变化量的传递函数模型为：其中，ΔY(s)代表入口水分改变前后出口水分的变化量；ΔU
r
(s)代表入口水分的变化量；G
r
(s)代表入口水分改变前后出口水分的变化量与入口水分的变化量的比值；s代表复频率。3.根据权利要求2所述的一种基于传递函数的烘丝机出口水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翅远，高宇雷，周晓龙，张立斌，孔彬，杨耀晶，秦鹏，陆俊澎，张选顺，苏怡帆，韩金江，白京，
申请(专利权)人：红塔烟草集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：