[发明专利]一种数据驱动的烘丝水分控制回路性能评价与调整系统

说明书

本发明涉及一种数据驱动的烘丝水分控制回路性能评价与调整系统，包括历史数据采集模块、有效数据获取模块、环境温湿度聚类模块、聚类效果评价模块、综合评价值计算模块、性能评价模块以及控制器参数调整模块。本发明基于评价的结果还可指导后续控制参数的调整以保证控制回路的控制性能，通过对环境条件分类和数据驱动方法，对烘丝过程水分控制回路进行多属性综合评价，避免对对象进行数学建模的过程，充分利用过程采集的历史数据，结合多种评价指标进行控制回路的性能评价，并以此指导控制器参数的自调整，更容易推广。

技术领域

本发明涉及烟草加工过程控制技术领域，特别涉及一种数据驱动的烘丝水分控制回路性能评价与调整系统。

背景技术

现代卷烟，其制作过程大致要经过烟叶初烤、打叶复烤、烟叶发酵、卷烟配方、卷烟制丝、烟支制卷、卷烟包装七个大项的生产工艺流程，才能作为商品流转到消费者手中。其中将烟叶加工成成品烟丝的卷烟制丝工序是卷烟生产的关键环节，直接影响烟丝产品的质量。而烘丝工艺又是制丝过程中最为重要的一道工序，直接影响烟丝含水率，水分过高，会使烟叶颜色变深，光泽变暗；在打包堆垛时，压力增大则出油黏结成块，经氧化变黑；内部化学成分相互作用而消耗，质量降低，甚至霉烂变质失去使用价值。水分过低，烟叶韧性和弹性降低，脆性增加，在贮存运输和加工过程中容易产生造碎，损失较大。因此通常通过检测烘丝机出口水分是否达标和稳定,从而反馈给控制系统来控制烟丝含水率。因此尽可能地提高烘丝工序的出口水分控制的平稳性与精准成为众多厂商追求的目标。

目前国内90％卷烟厂烘丝过程水分控制技术采用PID控制技术，该控制技术有模型简单易实施，且能取得较好的控制效果的优点。但由于受自身结构影响，即使整定良好的PID控制器，其输出一般也无法达到最小方差控制器控制下的方差，如果采用最小方差控制的标准来评价PID控制回路会得到错误的、不客观的判断。因此，找到一种适用于PID控制器的性能指标来评价烟草加工过程烘丝水分的控制效果并以此指导控制器的参数调整，确保烘丝水分控制在理想的工作状态，具有十分重要的意义。

控制系统的性能主要包括随机性性能和确定性性能，随机性性能指系统抗随机扰动的能力，通常以最小方差控制作为基准；确定性性能主要指系统输出对输入信号变化的跟踪能力和对定值负载干扰的抑制能力，包括系统输出响应的最大超调量、上升时间、峰值时间、调节时间以及达到的稳态误差等。传统的方法都是基于模型的控制器性能评价方法，往往只针对某一项性能指标，并且需要建立系统的精确数学模型，大多不适用于实际工业过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有烘丝水分控制工序中采用PID控制技术，受自身结构影响，输出无法达到最小方差控制器控制下的方差，导致控制系统的的随机性性能和确定性不够稳定和精准。

针对上述问题，本发明提供解决技术方案如下：

一种数据驱动的烘丝水分控制回路性能评价与调整系统，包括：

(1)历史数据采集模块：

用于采集烘丝过程参数的历史运行数据，所述的历史运行数据至少包括烘丝过程环境温度、烘丝过程环境湿度、烘丝入口烟丝含水率、烘丝出口烟丝含水率以及批次启停信号；

(2)有效数据获取模块：

用于对所述的历史数据采集模块采集的数据进行预处理，包括数据的批次时间归属、截取有效数据段、筛选出生产过程稳定运行阶段的数据、剔除包含异常值或缺失值的异常批次数据，得到由烘丝过程环境温度、烘丝过程环境湿度、烘丝入口烟丝含水率和烘丝出口烟丝含水率组成的有效批次数据；

所述的数据的批次时间归属，是将连续采集的数据按照各个批次的时间段进行归属，将无分组的数据划分为带有批次标签的数据段；

所述的截取有效数据段，是根据各个批次的批次启停信号截取每个批次开始到批次结束这一段的有效数据；