CN103202526B - 用于大惯性系统烟片回潮机的加水离散调节方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于大惯性系统烟片回潮机的加水离散调节方法，其步骤一预加水估计，系统根据加水估计函数在头料状态对烟叶进行加水控制，检测是否有烟叶从烟片回潮筒输出，以判断头料状态是否结束；步骤二离散采样：进入正常生产状态后，对出口水份进行定时采样，每隔10秒，记录一次出口水分采样值F(t)；步骤三趋势对比及调节：在采样的同时，系统将当前水份值x与记录的出口水分采样值F(t)进行实时比对。用以确定当前水份的变化趋势，系统依据当前水份的变化趋势，采用所述方法后，对水份的变化了有了一定的预知性，增加了系统的调节灵敏度，有效降低了传统调节方法造成的出口水份连续上下震荡的情况，一定程度上克服了系统本身存在的大惯性大滞后性。
Description
技术领域
本发明涉及烟草加工设备的自动控制领域，是一种适用于存在大扰动大惯性环节控制系统的离散控制方法，特别是用于烟片回潮机的加水离散调节方法。
背景技术
随着烟草生产线的自动化控制程度不断提高，对生产设备的控制指标也越来越严格。烟片回潮机是继切片机后，制丝生产线第二道关键工艺加工点，其作用是向经过切片后的烤烟烟块中加水、加蒸汽，来实现物料的松散、升温、回潮，其中回潮后的物料水份值是最关键的工艺指标。回潮机加水系统的主要原理是调节回潮机的加水量进而实现对物料水份的控制。回潮机的加水系统是一个受多种因素干扰的大扰动系统，这些扰动因素包括：被加工物料的种类、组分，烟包切片的宽度及烟包之间水分的差异等等。
传统的回潮机加水控制采用传统负反馈控制方法(图1)，首先人为设定一个水份指标(SP)，系统对回潮机出口实际水份值(PV)进行采样，通过比对水份实际值与水份设定值之间的偏差(SP-PV)，进而对加水薄膜阀的开度(CV)进行调节，使得水份实际值趋近或等于水份设定值。其中，系统控制量(CV)是连续的，根据偏差的大小不断改变。传统的反馈控制方法具有反应迅速，系统灵敏度高的特点，因而在小惯性、快速响应的系统中使用效果非常好。然而，回潮机加水系统是一个大惯性的，响应速度较慢、干扰因素较多的系统，从开始改变加水量，到出口物料水份变化的整个响应时间长达5到7分钟。因此，传统的负反馈控制方法使得系统长时间连续震荡，出口水份无法稳定。
发明内容
本发明公开的用于烟片回潮机的加水离散调节方法是适应大扰动大惯性系统的一种离散控制方法，所谓离散的控制方法是指系统控制量是不连续调节的，在通常情况下，控制量在生产过程中保持一定值不变，只有当系统满足一定条件时，控制量才作变化，此种调节方法可以适当降低系统的响应速度，更好的适应大惯性、大滞后的系统，避免系统产生连续震荡而无法稳定。
所述方法对水分的调节有三个步骤，下面分别详述：
步骤一预加水估计，
回潮机只有出口水分仪，因此在回潮机处于头料阶段的时候，回潮机出口无物料，因此反馈的水分值不是真实值，从而导致无法采用反馈调节加水量。因此在回潮机处于头料阶段时，我们设计了一种以时间为自变量的加水函数，这个函数就是系统的预加水估计，预加水估计分两个阶段：
阶段一、系统根据加水估计函数：加水设定值(kg/h)＝入口物料流量(kg/h)×(水份设定值％-C1)/(C2-水份设定值％)×加水系数C，其中常数C1取值为12，常数C2取值为100，加水系数C的取值范围为0.2-0.5，水份设定值％取值为17.5％，在头料状态对烟叶进行加水控制；
阶段二、检测是否有烟叶从烟片回潮筒输出，以判断头料状态是否结束，若未结束继续步骤一，当有烟叶从烟片回潮筒输出时即头料状态临近结束时，系统继续按照阶段一的加水估计函数根据水份仪读数对加水量进行调节，直到系统的出口水份达到目标设定值17.5％，此时系统记录下当前的加水量并保持，并检测当前水份值x，同时将系统切换到离散调节状态，进行步骤二；
步骤二、离散采样：
这里所说的采样值指的是系统对出口水分仪的值每隔一段时间T进行一次数据采样。
图2是描述出口水份随时间变化的一段趋势图，其中e(t)是出口水份值；横轴t是时间；T是采样周期；τ是采样时间。折线是叶片出口水份随时间变化的连续函数，黑色的虚线是系统经过采样后，使用五点三次平滑法进行平滑后的曲线，即将随时间变化的非线性连续函数等效为离散的“线性”函数。
采用离散采样的好处是使系统能把握水份的变化总趋势，减小扰动和噪声对系统的影响，使系统能够更有效的调节。
步骤三、趋势对比及调节：
这里的趋势主要指因变量(出口水份)的变化方向(升高或降低)。我们将当前出口水份数据X与采样值F(t)进行对比，从而判断此时的水分变化方向及趋势。
1、当x-F(t)＞n时，说明出口水份正在增大；
2、当x-F(t)＜-n时，说明出口水份正在减小；以上提到n的取值范围为0.02-0.05，可根据实际情况进行人为修正。
加水系统会实时分析加水趋势，根据水份变化的趋势判断是对加水量进行调节还是保持当前加水量不变。n的取值与系统的扰动与惯性的大小有关，每个系统各异，这些值一般在系统调试中给出。上面已经提到，系统已在估计加水第二阶段储存了一个记忆值。系统会以这个值为基础与目标水份值进行负反馈调节，调节幅度根据实际情况可进行人为调整。
采用该方法后，对水份的变化了有了一定的预知性，增加了系统的调节灵敏度，有效降低了传统调节方法造成的出口水份连续上下震荡的情况，一定程度上克服了系统本身存在的大惯性大滞后性，使得出口水份的过程质量得分有了较大提高。
附图说明
图1为传统的回潮机加水控制方法方框图；
图2是回潮机出口水份随时间变化的一段趋势图；
图3是控制流程图；
图4是本发明控制系统方框图。
具体实施方式
结合控制流程图3及系统方框图4详述本发明如下。
步骤一为两阶段：
阶段一、系统根据加水估计函数：加水设定值(kg/h)＝入口物料流量2400(kg/h)×(水份设定值17.5-常数12)/(常数100-水份设定值17.5)×加水系数0.3算出加水量，在头料状态对烟叶进行加水控制；
阶段二、PLC可编程控制器1检测是否有物料3烟叶从烟片回潮筒输出，以判断头料状态是否结束，若未结束继续步骤一，当有烟叶从烟片回潮筒输出时即头料状态临近结束时，系统继续按照阶段一的加水估计函数根据水份仪4读数通过加水薄膜阀2对加水量进行调节，直到系统的出口水份达到目标设定值17.5％，此时系统保持当前的加水量，并切换到离散调节状态，进行步骤二；
步骤二：头料状态结束，进入正常生产状态后，系统开始对出口水份进行定时采样，每隔10秒，记录一次出口水分采样值F(t)，下一个采样周期到来后，系统将水份值重新写入F(t)中，更新前一次的数据。
步骤三：在采样的同时，系统将当前的水份值x与记录的出口水分采样值F(t)进行实时比对，用以确定当前水份的变化趋势，
a)当水份x＞17.8时，且x-F(t)＞0.03，表示出口水份值处于上升趋势，此时加水量设定值每10秒增加10kg/h，若x-F(t)＜0.03，加水量设定值保持当前值不变；
b)当水份x＜17.8时，且x-F(t)＜-0.03，表示出口水份值处于下降趋势，此时加水量设定值每10秒减少10kg/h，若x-F(t)＞0.03，加水量设定值保持当前值不变；
c)当水份x满足17.3＜x＜17.8时，加水量设定值保持当前值不变。
在应用实例中，由于出口水份的理想值是17.5％，我们需要水份在17.5左右的一个区间内保持稳定，因此在水份x＞17.8和x＜17.3的区间内，加水量会得到调整，而在17.3到17.8的区间内，加水量保持不变，以避免频繁改变加水量造成的水分震荡。
Claims (2)
1.一种用于大惯性系统烟片回潮机的加水离散调节方法，包括如下步骤：
步骤一预加水估计，分为两个阶段：
阶段一、系统根据加水估计函数：加水设定值(kg/h)＝入口物料流量(kg/h)×(水份设定值％-C1％)/(C2％-水份设定值％)×加水系数C，其中常数C1取值为12％，常数C2取值为100％，加水系数C的取值范围为0.2-0.5，水份设定值％取值为17.5％，在头料状态对烟叶进行加水控制；
阶段二、检测是否有烟叶从烟片回潮筒输出，以判断头料状态是否结束，若未结束继续步骤一，当有烟叶从烟片回潮筒输出时即头料状态临近结束时，系统继续按照阶段一的加水估计函数根据水份仪读数对加水量进行调节，直到系统的出口水份达到目标设定值17.5％，此时系统记录下当前的加水量并保持，并检测当前水份值x，同时将系统切换到离散调节状态，进行步骤二；
步骤二离散采样：头料状态结束，进入正常生产状态后，系统开始对出口水份进行定时采样，每隔10秒，记录一次出口水分采样值F(t)，下一个采样周期到来后，系统将水份值重新写入F(t)中，更新前一次的数据；
步骤三趋势对比及调节：在采样的同时，系统将当前水份值x与记录的出口水分采样值F(t)进行实时比对,用以确定当前水份的变化趋势，当x-F(t)>n时，说明出口水份正在增大；当x-F(t)<-n时，说明出口水份正在减小；系统依据当前水份的变化趋势，实时调整加水量设定值，n的取值范围为0.02-0.05，根据实际情况进行人为修正。
2.如权利要求1所述的用于大惯性系统烟片回潮机的加水离散调节方法，其特征是，在进行步骤三时，分三种状态调整加水量设定值：
a)当水份x>17.8，且x-F(t)>0.03时,表示出口水份值处于上升趋势，此时加水量设定值每10秒减少10kg/h，若x-F(t)<0.03，加水量设定值保持当前值不变；
b)当水份x<17.3，且x-F(t)<-0.03时，表示出口水份值处于下降趋势，此时加水量设定值每10秒增加10kg/h，若x-F(t)>-0.03，加水量设定值保持当前值不变；
c)当水份x满足17.3<x<17.8时，加水量设定值保持当前值不变。
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