[发明专利]一种基于预测PI算法控制系统的烟叶复烤机水分控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及打叶复烤技术领域，具体涉及一种基于预测PI算法控制系统的烟叶复烤机水分控制方法。

背景技术

烟叶复烤过程是一个多干扰、强耦合、大滞后、非线性、不确定的大热容过程。在生产过程中，始终存在着具有一定温度、湿度、压力、流速的传热介质 (热气体 )与烟叶在相对运动过程中发生热交换作用，从而达到烟叶的干燥、冷却、回潮等目的。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,具体表现在以下几个方面：

1）干扰因素多：入口烟叶的水分、温度、产地、品种、等级对出口水分都有非常重要的影响；加热蒸汽和回潮蒸汽的压力、温度以及饱和程度直接影响出口烟叶的水分和温度；环境空气的温度、湿度对冷却阶段的烟叶水分和温度也有较大的间接影响。

2）测量仪表存在一定的问题，特别是红外水分仪精度受外界的影响较大，基准值易发生漂移，冷房水分仪表测量值受电噪声的污染，测量值波动频繁，严重的影响了闭环控制的性能。

3）生产过程特性多变：受前部打叶过程的影响，烟叶进料流量、烟叶喂料机的速度有时需要进行调整来满足生产的连续，这样就导致了过程的特性参数发生改变；同时，烟叶复烤在高温、高湿和粉尘等环境下工作，设备也会发生异常，在这种情况下，操作人员需要随时改变工艺操作，使过程特性具有多样性，难以实现稳定的PID闭环控制。

4）水分的控制是一个大滞后过程：往往在出口水分发生变化后，再对其进行控制是不及时的，造成的直接后果是水分在设定值上下波动，不能稳定。

以上原因的存在增加了复烤出口水分控制的难度，而PID控制算法本身具有很多的局限性，如其为具有反向特性的非最小相位系统、具有严重频繁干扰的过程系统、多变量强耦合系统、带有约束的控制系统和大滞后系统，运用简单的PID控制算法进行的闭环控制甚至不能保证系统的稳定，更谈不上控制的精度。

在经典控制系统，其更注重于设备的单体运转以及设备之间的连锁运行，针对特定的控制回路仍采用传统的PID算法，而且这些控制回路自成独立，忽视了多因素之间的“合力作用”，例如：烤片出口烟叶的含水率很大程度受各个控制回路的共同影响。以干燥区温度控制为例，对于如图1所示的一个控制系统的响应曲线来说：当实际温度低于设定值时，加大蒸汽阀门开度，反之实际温度高于设定值时就关小蒸汽阀门。根据设定值与测量值之间的偏差来调节控制的输出，这就是传统PID算法的思想。但是由于实际过程中遇到的系统都具有惯性，当蒸汽阀门开大到一定开度并保持，使实际温度上升至设定值附近（如图1中OA段），由于惯性作用，势必会出现超调（图1中AB段）。此时再关小蒸汽阀门，则温度下降（图1中BC段），又由于惯性原因，出现反向超调（图1中CD段）……经过一段时间的反复调节后，最终使温度稳定在设定值的上下。PID参数整定的好坏，决定了曲线最后达到稳定所需的时间。而若是由人工手动控制，由于经验差异，不同水平的操作工控制线的稳定时间长短不一，经验丰富的操作工经常放弃计算机自动PID调节而完全凭自己的经验来控制，如图1所示，在温度上升过程中（图1中OA段），当实际值接近设定值而未达到时，即提前开始逐渐减小蒸汽阀门的开度，这样即使是出现超调（图1中AB段），其量也比较小，并且实际值很快又再次调头向下，往设定值方向逼近。整个过程中，操作工依靠自己的经验判断，提前对蒸汽阀门进行了开大、减小控制。。然而，在现场生产过程中，往往受各种因素的影响（如蒸汽压力、设定值改变、烟叶流量水分大小等），控制将变得复杂的多。况且在整个烤片机控制系统中，需要控制的回路有十个之多（甚至更多），仍然依靠人工经验调控，其难度是可想而知的，准确度是无法保证的。因此要生产出高质量的成品，必须对生产加工过程做全盘考虑，除了分析单个回路对成品的影响还必须建立生产模型分析出多个回路之间的相互影响、外部干扰对控制的影响和生产工况条件约束等。只有通过创建出精准的生产模型，把各种因素及其相关性都纳入整个系统综合考虑，才能实现优秀的控制效果。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对烟叶复烤过程进行水分和温度的自动控制，能够提升控制精度的基于预测PI算法控制系统的烟叶复烤机水分控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于预测PI算法控制系统的烟叶复烤机水分控制方法，所述预测PI算法控制系统通过预测PI控制器实现，所述方法包括如下步骤：