本發明專利技術涉及一種應用于打葉復烤生產線的控制方法，提出了一種基于模型的預測ＰＩ控制器，它由兩部分組成：ＰＩ控制項和預測控制項。基于烤房溫度對象，采用先進的預測ＰＩ控制算法設計四個烤房溫度控制器，避免了傳統ＰＩＤ控制算法調節速度慢、波動大的問題；基于冷房廣義水分對象和出口廣義水分對象，采用自適應抗干擾的偽預測ＰＩ控制算法分別設計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業的經濟效益。本發明專利技術的優點：是一種基于模型的控制算法，ＰＩ控制項能提高控制器的魯棒性；預測控制項可以根據過去某一段時間的控制作用，來預測將來的控制作用，消除控制的盲目性，使生產完全閉環自動控制。
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.
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬過程控制
，特別是涉及。
技術介紹
煙葉復烤主要用途是對打葉分離之后的煙葉片進行處理，使葉片的水分、溫度達到規定的工藝技術指標。煙葉復烤生產線按工藝特點主要分干燥段、冷卻段和回潮段，干燥段分四個區，冷卻段為一個區，回潮段有兩個區。與流程行業其他過程比較，煙葉復烤過程具有其明顯的特點，是一個多干擾、強耦合、大滯后、非線性、不確定的大熱容過程。不同過程的任一區段溫度、濕度的變化，都會影響到其后各區段參數的變化和出口煙葉水分含量的變化，這就使建立系統的機理模型變得相當復雜。因此復烤過程出口水分運用簡單的PID控制算法難以達到閉環自動控制的目的，更無法保證控制的精度。目前復烤生產線主要采用PLC模塊和單回路儀表等對復烤生產線進行控制，現場配置了操作站，同時建立了中央監控系統，國內多數復烤生產線的自動化水平較高，從硬件條件上為實施先進控制算法打下了基礎。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種能夠使打葉復烤生產線完全閉環自動控制的控制算法。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是提供，包括建立過程模型，預測PI和偽預測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。本專利技術基于一階慣性加純滯后過程對象，釆用預測PI控制算法設計系統控制器；基于第二類組合積分過程對象，采用偽預測PI控制算法設計系統控制器。其原理為基于被控對象的過程模型GpO)，假定期望的閉環傳遞函數G。(S)，得到所需控制器的傳遞函數為<formula>formula see original document page 5</formula>一階慣性加純滯后過程模型，可以用傳遞函數<formula>formula see original document page 5</formula>表示。假定期望的閉環傳遞函數為<formula>formula see original document page 5</formula>式中義是可調參數。當義-l時，系統的開環與閉環的響應時間相同；當/1<1時，系統的閉環響應比開環響應快；當義>1時，系統的閉環響應比丌環響應慢。則控制器的傳遞函數為 ^_ = ^±1控制器的輸入輸出關系為,=+(1 + >(力-+(1 -義、 7!y 義rs上式右邊第一項具有PI控制器的結構形式；第二項可以解釋為控制器在/時刻的輸出是基于在時間區間[,-T,。上的輸出預測而得到的。比例常數大致為對象增益的倒數，積分時間為過程的時間常數，預測部分的參數與過程對象的滯后時間和時間常數有關。這種控制器稱為預測PI控制器(PPI)。第二類組合積分對象過程模型，可以用傳遞函數<5 =丄(1-e-w表示。選擇r一所期望的閉環傳遞函數具有以下形式G。Cy^^(l-e— K ，式中ri。， r2。，義為整定參數。當義=1時，開環與閉環的響應時間相同；當/1>1時，開環比閉環的響應時間快；；1<1時，開環比閉環的響應時間慢。由此，可以推導出控制器的傳遞函數為"—Gp("(l-C o(力)—^l-e，KW假定義=1， rl0=rt， r20=r2， A0=A;，貝lj:Gc 0) =-^-c、,釓控制器在時間域的輸入輸出關系為t/(s)=丄五(力+丄(1 - e-r'°s上式右邊第一項為比例項，第二項可以解釋為控制器在/時刻的輸出是由控制器在過去時間的輸出預測而得到的。在比例作用下，控制器有一個初始階躍，然后在一段時間內保持不變，再在變積分的6作用下上升，最后在穩定積分的作用下穩定上升。此PI控制器既具有變積分作用，同時又具有預測功能，這種控制器稱為偽預測PI控制器(QPI)。建立打葉復烤生產線的過程模型，主要包括* 烤房四個區的溫度對象G^,W、 GP 0)、 GmW、 Gm(s);*烤房四個區的水分對象G^,W、 G^(力、Gw3(5)、*回潮房兩個區相對蒸汽閥位的水分對象G^W、 GM2W;*回潮房兩個區霧化流量水分對象G^,(s)、 Gw 以輸入、輸出數據為基礎并結合部分機理，建立各對象的"灰箱"模型。各對象的傳遞函數模型如表l。表1對象的傳遞函數模型蘭(_,、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艦2 (s)0.02(1一,300;y + l50s50s根據建立的四個烤房溫度對象模型，運用先進的預測PI控制算法，設計烤房四個溫度控制器Gm(s)、 G .2(s)、 GCT3(s)、 GmW，其傳遞函數如表2。表2四個溫度控制器的傳遞函數250s + 1300s + 1(75s + 1 - e,)(90s + 1 - e,'c CT2 w250s + 1Gcr4(s)300s + 1(75s + 1 - e-40s)(90s + 1 -7基于建立的溫度控制器，設計四個對溫度控制器限幅的非線性環節G^(s)、 G^(力、Gw々)、GOT々)。根據建立的烤房四個溫度對象模型、四個水分對象模型和運用預測pi控制算法設計的四個溫度控制器，確定冷房廣義水分對象g^(勻。該廣義水分對象具有第二類組合積分過程的特征，采用頻率域準則簡化，得到簡化的冷房廣義水分對象模型為wl、 乂 240/ 乂根據工藝要求，合理選擇回潮兩個區蒸汽閥位分配系數Gm(力、G^(,)和兩個霧化水分比例系數G，("、 G,吣w，以及對回潮兩個區蒸汽閥位限幅的非線性環節。根據建立的回潮房兩個相對蒸汽閥位的水分對象模型和兩個霧化流量水分對象模型，確定出口廣義水分對象g^(力。該廣義水分對象具有第二類組合積分過程的特征，采用頻率域準則簡化，得到簡化的出口廣義水分對象模型為根據建立的冷房廣義水分對象模型g^0)，運用先進的偽預測pi控制算法，設計冷房水分控制方案，其冷房水分控制器的傳遞函數為<formula>formula see original document page 8</formula>根據建立的出口廣義水分對象模型(^2(力，運用先進的偽預測pi控制算法，設計出口水分控制方案，其出口水分控制器的傳遞函數為<formula>formula see original document page 8</formula>。抗干擾環節G。^)和Gw(力環節分別根據動態前饋補償環節C^^)和C^^設計。設計的基本原則是保證冷房水分與出口水分受這些干擾因素的影響達到最小。在設計的時候即考慮了抗干擾的快速性，又考慮了整體系統的穩定性。另外為了克服不同品質煙葉造成系統特性的改變，算法還融入了自適應功能。有益效果本專利技術對復烤線實施控制，可以減少現場操作人員的生產強度，降低生產成本，提高復烤煙葉質量及合格率，對整體提升企業的經濟效益有著十分重要的意義，具體表現在以下幾個方面*使煙葉的水分穩定地達到規定的工藝技術指標，提高水分的控制精度，提高煙葉的等級，極大地減少生產過程出現的水跡煙。*克服人為因素的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種應用于打葉復烤生產線的控制方法，包括建立過程模型，預測ＰＩ和偽預測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，步驟包括： （１）基于一階慣性加純滯后過程對象，采用預測ＰＩ控制算法設計系統控制器；基于第二類組合積分過程對象，采用偽預測ＰＩ控制算法設計系統控制器，所述的被控對象的過程模型Ｇ↓［ｐ］（ｓ），期望的閉環傳遞函數Ｇ↓［０］（ｓ），得到所需控制器的傳遞函數為：Ｇ↓［ｃ］（ｓ）＝Ｇ↓［０］（ｓ）／Ｇ↓［ｐ］（ｓ）（１－Ｇ↓［０］（ｓ））； （２）建立打葉復烤生產線的過程模型，主要包括：烤房四個區的溫度對象Ｇ↓［ＰＴ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＰＴ２］（ｓ）、Ｇ↓［ＰＴ３］（ｓ）、Ｇ↓［ＰＴ４］（ｓ）；烤房四個區的水分對象Ｇ↓［ＭＴ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＴ２］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＴ３］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＴ４］（ｓ）；回潮房兩個區相對蒸汽閥位的水分對象Ｇ↓［ＭＳ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＳ２］（ｓ）；回潮房兩個區霧化流量水分對象Ｇ↓［ＭＷ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＭＷ２］（ｓ）；以輸入、輸出數據為基礎，建立各對象的“灰箱”模型； （３）根據建立的四個烤房溫度對象模型，運用先進的預測ＰＩ控制算法，設計烤房四個溫度控制器Ｇ↓［ＣＴ１］（ｓ）、Ｇ↓［ＣＴ２］（ｓ）、Ｇ↓［ＣＴ３］（ｓ）、Ｇ↓［ＰＴ４］（ｓ）； （４）根據建立的烤房四個溫度對象模型、四個水分對象模型和運用預測ＰＩ控制算法設計的四個溫度控制器，確定冷房廣義水分對象Ｇ↓［Ｍ１］（ｓ）；該廣義水分對象具有第二類組合積分過程的特征，采用頻率域準則簡化，得到簡化的冷房廣義水分對象模型為：Ｇ↓［Ｍ１］（ｓ）＝０．２５／２４０ｓ（１－ｅ↑［２４０ｓ］）ｅ↑［－３０ｓ］； （５）根據建立的回潮房兩個相對蒸汽閥位的水分對象模型和兩個霧化流量水分對象模型，確定出口廣義水分對象Ｇ↓［Ｍ２］（ｓ）；該廣義水分對象具有第二類組合積分過程的特征，采用頻率域準則簡化，得到簡化的出口廣義水分對象模型為：Ｇ↓［Ｍ２］（ｓ）＝０．２／９０ｓ（１－ｅ↑［９０ｓ］）ｅ↑［－１０ｓ］； （６）根據建立的冷房廣義水分對象模型Ｇ↓［Ｍ１］（ｓ），運用先進的偽預測ＰＩ控制算法，設計冷房水分控制方案，其冷房水分控制器的傳遞函數為：Ｇ↓［ＣＭ１］（ｓ）＝９６０ｓ／［２４０ｓ－（１－ｅ↑［－２４０ｓ］）ｅ↑［－３０ｓ］］； （７）根據建立的出口廣義水分對象模型Ｇ↓［Ｍ２］（ｓ），運用先...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：任正云，魏俊紅，李松，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]
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