[发明专利]一种基于粒子群算法的茶叶加工设备控制方法

摘要

本发明公开了一种基于粒子群算法的茶叶加工设备控制方法，所述茶叶加工设备包括机架、高度检测装置、电机、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、传动轴、炒锅、电热丝、炒板、速度传感器和温度传感器；本发明茶叶加工设备对电机和电热丝的控制取决于扭矩传感器取得的具体数值，杜绝工人凭感觉操作导致茶叶炒制质量不稳定的问题，提高了加工茶叶的品质，对提高茶加工品质的提高意义深远；采用正反馈机制，使得搜索过程不断收敛，最终逼近最优解。

主权项

1.一种基于粒子群算法的茶叶加工设备控制方法，其特征在于：所述茶叶加工设备，包括机架(18)、高度检测装置、电机(1)、第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)、第二联轴器(4)、传动轴(11)、炒锅(6)、电热丝(7)、炒板(8)、速度传感器(9)和温度传感器(10)，所述电机(1)和炒锅(6)均固定在机架(18)上，所述电机(1)的输出轴(5)依次连接第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)和第二联轴器(4)，第二联轴器(4)的输出轴(5)通过曲柄摇杆机构连接传动轴(11)，炒板(8)固定在传动轴(11)上，炒板(8)下半部分的形状为与炒锅(6)形状相配合半圆形，电机(1)运动时通过第一联轴器(2)、扭矩传感器(3)带动第二联轴器(4)的输出轴(5)转动，进而通过曲柄摇杆机构带动炒板(8)绕着传动轴(11)在炒锅(6)内往复摆动；所述温度传感器(10)和速度传感器(9)固定在炒板(8)底部靠近炒锅(6)的位置，电热丝(7)均匀分布在炒锅(6)的锅底；所述高度检测装置包括万向磁力表座(19)和激光探头(20)，万向磁力表座(19)安装在炒锅(6)旁的机架(18)上且设置有一对，每个万向磁力表座(19)上均安装有三个激光探头(20)，两个万向磁力表座(19)上的三个激光探头(20)位置一一对应，相对两个激光探头(20)的相对方向为炒板(8)翻炒茶叶时茶叶的腾空方向，且三个激光探头(20)从上至下依次布置在万向磁力表座(19)上；所述茶叶加工设备控制方法包括如下步骤：1)初始化粒子群，即茶叶份数，确定两个合理的解空间，分别为温度解空间和电机转速解空间，解空间对应于粒子群算法中的位置，位置分别是电热丝加热茶叶的温度和电机转速，温度和电机转速的变化率对于粒子群算法中的速度；2)对粒子群中的第i(1，2，…，m)个粒子，定义2维当前位置向量，为第i个粒子的温度，为第i个粒子的电机转速，表示搜索空间中粒子的当前位置；3)通过基本的PSO算法：根据计算得粒子的速度(温度和电机转速的变化率)，根据更新粒子的位置(加热温度和电机转速)，i＝1，2…m；j＝1，2；4)炒茶设备根据新的加热温度和电机转速炒制茶叶，依据茶叶的色泽，水分，整碎程度三样影响茶叶品质的因素，评价每个粒子的适应度，计算每个粒子的目标函数，即对茶叶的评估分；5)设置每个粒子的pi，对每个粒子，将其适应度即评估分与其经历过的最好位置pi进行比较，如果优于pi，则将其作为该粒子的最好位置pi；6)设置全局最优值pg，对每个粒子，将其适应度与群体经历过的最好位置pg进行比较，如果优于pg，则将其作为当前群体的最好位置pg；7)根据步骤3)更新粒子的速度和位置，根据新的位置，控制电热丝和电机分别以该位置所对应的温度和电机转速对茶叶进行加工；根据粒子的速度来调整电热丝加热温度和电机转速的变化率；8)检查终止条件；如果未达到设定条件即预设误差或者迭代的次数，则返回步骤3)；9)满足终止条件，群体经历过的最好位置pg所对应的坐标值即为最佳电热丝加热温度和电机转速；10)固定并调整万向磁力表座上激光探头在竖直位置上的高度；11)通过调整加热丝，调节炒锅的温度，使得炒锅处于合适的温度区间；12)启动电机，带动曲柄摇杆机构，进而控制炒板做往复摆动，翻炒茶叶；当一个激光探头因茶叶翻炒而被遮挡，而与之相邻的上方探头没有被遮挡住时，检测茶叶翻炒时的高度在这两个探头高度之间和力矩传感器的值，进而控制电机转速；12)通过力矩传感器测得值控制控制电机转速，以保证茶叶所受力矩恒定不变，根据算法得出的电机转速和电热丝加热温度之间的关系，调整电热丝加热温度，茶叶在被翻炒过程中，茶叶中的水分受热蒸发，在恒定力矩的作用下，茶叶每次腾空高度增加；直至茶叶高度稳定在第二探头和第三探头之间；13)改变茶叶所受力矩设定值，并通过力矩传感器控制电机转速，茶叶中的水分进一步受热大量蒸发，在恒定力矩的作用下，茶叶每次腾空高度增加；直至茶叶高度稳定在第一探头和第二探头之间；14)由于茶叶丢失大量水分，空气阻力对茶叶腾空高度的影响程度加大,通过激光探头返回值，控制电机转速，使得茶叶翻炒腾空高度保持稳定，根据算法得出的电机转速和电热丝加热温度之间的关系，调整电热丝加热温度，并读取该转速下扭矩传感器的中的数值，当该值达到预设扭矩值时，关闭电机和电热丝，加工完成。