本发明专利技术涉及一种应用于打叶复烤生产线的控制方法，提出了一种基于模型的预测ＰＩ控制器，它由两部分组成：ＰＩ控制项和预测控制项。基于烤房温度对象，采用先进的预测ＰＩ控制算法设计四个烤房温度控制器，避免了传统ＰＩＤ控制算法调节速度慢、波动大的问题；基于冷房广义水分对象和出口广义水分对象，采用自适应抗干扰的伪预测ＰＩ控制算法分别设计冷房水分控制方案和出口水分控制方案，大大提高了控制精度和企业的经济效益。本发明专利技术的优点：是一种基于模型的控制算法，ＰＩ控制项能提高控制器的鲁棒性；预测控制项可以根据过去某一段时间的控制作用，来预测将来的控制作用，消除控制的盲目性，使生产完全闭环自动控制。
Control method for threshing and threshing production line
The invention relates to a control method applied to threshing and threshing production line, and proposes a model based predictive PI controller, which is composed of two parts: PI control items and predictive control items. The baking room temperature based on PI control algorithm is adopted to design four curing temperature predictive controller is advanced, to avoid the traditional PID control algorithm to adjust the speed and the fluctuation is large; the cold water outlet and generalized real object object based on generalized water, using adaptive interference pseudo predictive PI control algorithm is used to design the cold water control room plan and export water control project, greatly improving the control accuracy and the economic efficiency of enterprises. The invention has the advantages that a model based control algorithm, PI control can improve the robustness of the controller; predictive control can be controlled according to the effect of a period of time in the past, to predict the future control effect, eliminate blindness control, make the production completely closed loop automatic control.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属过程控制
，特别是涉及。
技术介绍
烟叶复烤主要用途是对打叶分离之后的烟叶片进行处理，使叶片的水分、温度达到规定的工艺技术指标。烟叶复烤生产线按工艺特点主要分干燥段、冷却段和回潮段，干燥段分四个区，冷却段为一个区，回潮段有两个区。与流程行业其他过程比较，烟叶复烤过程具有其明显的特点，是一个多干扰、强耦合、大滞后、非线性、不确定的大热容过程。不同过程的任一区段温度、湿度的变化，都会影响到其后各区段参数的变化和出口烟叶水分含量的变化，这就使建立系统的机理模型变得相当复杂。因此复烤过程出口水分运用简单的PID控制算法难以达到闭环自动控制的目的，更无法保证控制的精度。目前复烤生产线主要采用PLC模块和单回路仪表等对复烤生产线进行控制，现场配置了操作站，同时建立了中央监控系统，国内多数复烤生产线的自动化水平较高，从硬件条件上为实施先进控制算法打下了基础。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够使打叶复烤生产线完全闭环自动控制的控制算法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供，包括建立过程模型，预测PI和伪预测PI控制算法，所述的控制方法包括冷房水分控制方法和出口水分控制方法。本专利技术基于一阶惯性加纯滞后过程对象，釆用预测PI控制算法设计系统控制器；基于第二类组合积分过程对象，采用伪预测PI控制算法设计系统控制器。其原理为基于被控对象的过程模型GpO)，假定期望的闭环传递函数G。(S)，得到所需控制器的传递函数为<formula>formula see original document page 5</formula>一阶惯性加纯滞后过程模型，可以用传递函数<formula>formula see original document page 5</formula>表示。假定期望的闭环传递函数为<formula>formula see original document page 5</formula>式中义是可调参数。当义-l时，系统的开环与闭环的响应时间相同；当/1<1时，系统的闭环响应比开环响应快；当义>1时，系统的闭环响应比丌环响应慢。则控制器的传递函数为 ^_ = ^±1控制器的输入输出关系为,=+(1 + >(力-+(1 -义、 7!y 义rs上式右边第一项具有PI控制器的结构形式；第二项可以解释为控制器在/时刻的输出是基于在时间区间[,-T,。上的输出预测而得到的。比例常数大致为对象增益的倒数，积分时间为过程的时间常数，预测部分的参数与过程对象的滞后时间和时间常数有关。这种控制器称为预测PI控制器(PPI)。第二类组合积分对象过程模型，可以用传递函数<5 =丄(1-e-w表示。选择r一所期望的闭环传递函数具有以下形式G。Cy^^(l-e— K ，式中ri。， r2。，义为整定参数。当义=1时，开环与闭环的响应时间相同；当/1>1时，开环比闭环的响应时间快；；1<1时，开环比闭环的响应时间慢。由此，可以推导出控制器的传递函数为"—Gp("(l-C o(力)—^l-e，KW假定义=1， rl0=rt， r20=r2， A0=A;，贝lj:Gc 0) =-^-c、,钆控制器在时间域的输入输出关系为t/(s)=丄五(力+丄(1 - e-r'°s上式右边第一项为比例项，第二项可以解释为控制器在/时刻的输出是由控制器在过去时间的输出预测而得到的。在比例作用下，控制器有一个初始阶跃，然后在一段时间内保持不变，再在变积分的6作用下上升，最后在稳定积分的作用下稳定上升。此PI控制器既具有变积分作用，同时又具有预测功能，这种控制器称为伪预测PI控制器(QPI)。建立打叶复烤生产线的过程模型，主要包括* 烤房四个区的温度对象G^,W、 GP 0)、 GmW、 Gm(s);*烤房四个区的水分对象G^,W、 G^(力、Gw3(5)、*回潮房两个区相对蒸汽阀位的水分对象G^W、 GM2W;*回潮房两个区雾化流量水分对象G^,(s)、 Gw 以输入、输出数据为基础并结合部分机理，建立各对象的"灰箱"模型。各对象的传递函数模型如表l。表1对象的传递函数模型兰(_,、0.1 <:1-一,:-50《250s+ 160s40s 、0.3 f-e60s)0.1〖:1-250s+ 160s'Gpr3 (力0.2-,),0.01300;y + l60s40s0.2-,)e-10iG舰2 (s)0.02(1一,300;y + l50s50s根据建立的四个烤房温度对象模型，运用先进的预测PI控制算法，设计烤房四个温度控制器Gm(s)、 G .2(s)、 GCT3(s)、 GmW，其传递函数如表2。表2四个温度控制器的传递函数250s + 1300s + 1(75s + 1 - e,)(90s + 1 - e,'c CT2 w250s + 1Gcr4(s)300s + 1(75s + 1 - e-40s)(90s + 1 -7基于建立的温度控制器，设计四个对温度控制器限幅的非线性环节G^(s)、 G^(力、Gw々)、GOT々)。根据建立的烤房四个温度对象模型、四个水分对象模型和运用预测pi控制算法设计的四个温度控制器，确定冷房广义水分对象g^(匀。该广义水分对象具有第二类组合积分过程的特征，采用频率域准则简化，得到简化的冷房广义水分对象模型为wl、 乂 240/ 乂根据工艺要求，合理选择回潮两个区蒸汽阀位分配系数Gm(力、G^(,)和两个雾化水分比例系数G，("、 G,吣w，以及对回潮两个区蒸汽阀位限幅的非线性环节。根据建立的回潮房两个相对蒸汽阀位的水分对象模型和两个雾化流量水分对象模型，确定出口广义水分对象g^(力。该广义水分对象具有第二类组合积分过程的特征，采用频率域准则简化，得到简化的出口广义水分对象模型为根据建立的冷房广义水分对象模型g^0)，运用先进的伪预测pi控制算法，设计冷房水分控制方案，其冷房水分控制器的传递函数为<formula>formula see original document page 8</formula>根据建立的出口广义水分对象模型(^2(力，运用先进的伪预测pi控制算法，设计出口水分控制方案，其出口水分控制器的传递函数为<formula>formula see original document page 8</formula>。抗干扰环节G。^)和Gw(力环节分别根据动态前馈补偿环节C^^)和C^^设计。设计的基本原则是保证冷房水分与出口水分受这些干扰因素的影响达到最小。在设计的时候即考虑了抗干扰的快速性，又考虑了整体系统的稳定性。另外为了克服不同品质烟叶造成系统特性的改变，算法还融入了自适应功能。有益效果本专利技术对复烤线实施控制，可以减少现场操作人员的生产强度，降低生产成本，提高复烤烟叶质量及合格率，对整体提升企业的经济效益有着十分重要的意义，具体表现在以下几个方面*使烟叶的水分稳定地达到规定的工艺技术指标，提高水分的控制精度，提高烟叶的等级，极大地减少生产过程出现的水迹烟。*克服人为因素的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用于打叶复烤生产线的控制方法，包括建立过程模型，预测ＰＩ和伪预测ＰＩ控制算法，其特征在于：所述的控制方法包括冷房水分控制方法和出口水分控制方法，步骤包括： （１）基于一阶惯性加纯滞后过程对象，采用预测ＰＩ控制算法设计系统控制器；基于第二类组合积分过程对象，采用伪预测ＰＩ控制算法设计系统控制器，所述的被控对象的过程模型Ｇ↓［ｐ］（ｓ），期望的闭环传递函数Ｇ↓［０］（ｓ），得到所需控制器的传递函数为：Ｇ↓［ｃ］（ｓ）＝Ｇ↓［０］（ｓ）／Ｇ↓［ｐ］（ｓ）（１－Ｇ↓［０］（ｓ））； （２）建立打叶复烤生产线的过程模型，主要包括：烤房四个区的温度对象Ｇ↓［ＰＴ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＰＴ２］（ｓ）、Ｇ↓［ＰＴ３］（ｓ）、Ｇ↓［ＰＴ４］（ｓ）；烤房四个区的水分对象Ｇ↓［ＭＴ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＴ２］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＴ３］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＴ４］（ｓ）；回潮房两个区相对蒸汽阀位的水分对象Ｇ↓［ＭＳ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＳ２］（ｓ）；回潮房两个区雾化流量水分对象Ｇ↓［ＭＷ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＷ２］（ｓ）；以输入、输出数据为基础，建立各对象的“灰箱”模型； （３）根据建立的四个烤房温度对象模型，运用先进的预测ＰＩ控制算法，设计烤房四个温度控制器Ｇ↓［ＣＴ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＣＴ２］（ｓ）、Ｇ↓［ＣＴ３］（ｓ）、Ｇ↓［ＰＴ４］（ｓ）； （４）根据建立的烤房四个温度对象模型、四个水分对象模型和运用预测ＰＩ控制算法设计的四个温度控制器，确定冷房广义水分对象Ｇ↓［Ｍ１］（ｓ）；该广义水分对象具有第二类组合积分过程的特征，采用频率域准则简化，得到简化的冷房广义水分对象模型为：Ｇ↓［Ｍ１］（ｓ）＝０．２５／２４０ｓ（１－ｅ↑［２４０ｓ］）ｅ↑［－３０ｓ］； （５）根据建立的回潮房两个相对蒸汽阀位的水分对象模型和两个雾化流量水分对象模型，确定出口广义水分对象Ｇ↓［Ｍ２］（ｓ）；该广义水分对象具有第二类组合积分过程的特征，采用频率域准则简化，得到简化的出口广义水分对象模型为：Ｇ↓［Ｍ２］（ｓ）＝０．２／９０ｓ（１－ｅ↑［９０ｓ］）ｅ↑［－１０ｓ］； （６）根据建立的冷房广义水分对象模型Ｇ↓［Ｍ１］（ｓ），运用先进的伪预测ＰＩ控制算法，设计冷房水分控制方案，其冷房水分控制器的传递函数为：Ｇ↓［ＣＭ１］（ｓ）＝９６０ｓ／［２４０ｓ－（１－ｅ↑［－２４０ｓ］）ｅ↑［－３０ｓ］］； （７）根据建立的出口广义水分对象模型Ｇ↓［Ｍ２］（ｓ），运用先...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任正云，魏俊红，李松，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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