CN106070927A - 茶叶窨香机及茶叶窨香智能化控制模式 - Google Patents

茶叶窨香机及茶叶窨香智能化控制模式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种茶叶窨香机及茶叶窨香智能化控制模式，旨在解决现有的茶叶窨香机所窨制出的花茶品质很不稳定的问题。茶叶窨香机，包括密闭箱、电磁阀、模糊PID控制器、真空泵、压力传感器、制氧装置、氧传感器、热源、温度传感器、湿度传感器和人机界面。所述茶叶窨香智能化控制模式基于上述茶叶窨香机，所述的控制模式运用自适应模糊PID控制技术，通过模糊PID控制器对箱体内的温度、湿度、气压和氧量进行调控，结合了模糊控制和PID控制的优点，不仅满足了精确匹配控制的要求，同时控制系统稳定性好，有效提高了鲜花的吐香能力和茶叶的吸香能力，保证窨制茶叶的质量的一致性，窨制出的花茶品质稳定，经济效益高，利于茶叶生产的流水作业。

Description

茶叶窨香机及茶叶窨香智能化控制模式
技术领域
本发明涉及一种茶叶窨香设备和茶叶窨香控制方法，尤其是一种茶叶窨香机及茶叶窨香智能化控制模式。
背景技术
茶叶香气是茶叶的重要品质特征，品质优异的铁观音、水仙、冻顶乌龙等具有天然的花香；优质红茶往往具有甜香和果味香；茶叶香气依照所窨的香花而异，有茉莉花香、白兰花香、玳玳花香、珠兰花香、桂花香、玫瑰花香等。已知茶叶中的香气成分几百种，不同的香型是香气物质组成不同之故。
茶叶窨制主要是鲜花吐香和茶胚吸香的过程，鲜花吐香是生物化学变化，成熟的鲜花在酶、温度、水份、氧气等作用下，分解出芬香物质，随着生理变化，花的开放，而不断的吐出香气来，茶胚吸香是在物理吸附作用下，随着吸香同时也吸收大量水份，由于水的渗透作用，产生了化学吸附，在湿热作用下，发生了复杂的化学变化，茶汤从绿逐渐变黄亮，滋味有淡涩转为浓醇，形成花茶特有的色、香、味。
在窨制过程中，茶叶通过表面吸附、毛细管凝聚作用、渗透扩散着香作用和茶叶内含物质的吸附等吸收花香，据有关研究发现，茶叶的吸香能力的强弱决定于其自身的含水量、鲜花的吐香能力，以及窨制时所处环境的温度、湿度、气压和空气流通性，而鲜花的吐香能力强弱除了与自身的香气浓度、生机的保持时效有关，也与窨制所处环境的温度、湿度、气压和空气流通性有关。因而，要提高花茶的香气浓度和鲜灵度等品质，除了需要控制茶和花的原料外，还需要在窨制时准确控制窨制所处环境的温度、湿度、气压和空气流通性。
现有的茶叶窨香机，包括密闭箱和用于加热密闭箱内温度的热源，密闭箱包括带门的密闭箱体和设置在箱体内的置物盒，箱体上设有进气口和出气口，进气口和出气口上分别设有阀门。上述结构的茶叶窨香机对于温度、湿度和压力等窨香参数的控制为人工控制或是半自动化控制，人为因素仍然对茶叶的窨制质量有较大的影响，不能保证质量的一致性，并且对人的经验要求非常高，不利于茶叶生产的流水作业。窨制出的花茶品质很不稳定，经济效益低。
发明内容
本发明提供了一种茶叶窨香机，旨在解决现有的茶叶窨香机所窨制出的花茶品质很不稳定的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：茶叶窨香机，包括密闭箱，所述密闭箱包括设置有门的密闭箱体，所述箱体上设有进气口和出气口；还包括模糊PID控制器，分别与进气口连通的制氧装置和热源，与出气口连通的真空泵，以及分别设置在箱体内的压力传感器、氧传感器、温度传感器和湿度传感器；所述进气口和出气口上均设有电磁阀，所述模糊PID控制器包括模糊化模块和PID控制器，所述电磁阀、真空泵、制氧装置、热源、压力传感器、氧传感器、温度传感器和湿度传感器分别与模糊PID控制器电连接。
进一步的是，所述模糊化模块包括模糊化接口、规则库、数据库、推理机和解模糊接口。
进一步的是，所述模糊PID控制器根据各传感器测得的箱体内相应窨香参数与相应的预设窨香参数比较计算得出偏差e和偏差变化率ec，并由模糊化模块进行模糊化、建立数据库和规则库、模糊推理和去模糊化处理，得到PID控制参数的修正值，再由PID控制器控制各执行设备；所述窨香参数包括窨香温度、窨香湿度、箱体内气压和箱体内含氧量；所述执行设备包括电磁阀、真空泵、制氧装置和热源。
进一步的是，该茶叶窨香机还包括人机界面，所述人机界面与模糊PID控制器电连接。
本发明还提供了一种基于上述茶叶窨香机的茶叶窨香智能化控制模式，其包括确定并预设窨香参数的步骤、获取并比较计算的步骤和参数修正并输出控制的步骤；
确定并预设窨香参数：根据茶叶的种类、含水率和进料量以及鲜花的种类、含水率和进料量，确定茶叶的窨香参数，并将确定的茶叶的窨香参数预设在模糊PID控制器中；窨香参数包括窨香时间、窨香温度、窨香湿度、箱体内气压和箱体内含氧量；
获取并比较计算：通过压力传感器、氧传感器、温度传感器和湿度传感器分别测得的箱体内相应窨香参数，然后与相应的预设窨香参数比较计算得出偏差e和偏差变化率ec；
参数修正并输出控制：将偏差e和偏差变化率ec作为模糊化模块的输入进行模糊化，并基于大量经验数据建立规则库和数据库，然后经过模糊推理和去模糊化获得PID温控参数的修正值，并输入到PID控制器控制中，再由PID控制器控制各执行设备的工作；所述执行设备包括电磁阀、真空泵、制氧装置和热源。
进一步的是，该茶叶窨香智能化控制模式还包括校验步骤；
校验步骤：各传感器实时监测箱体内的窨香参数，当测得的窨香参数不等于预设窨香参数时，重复上述各步骤。
进一步的是，通过智能控制算法建立控制数学模型，并植入PID控制器；根据实验验证得到PID控制器各时段的控制数据调整控制数学模型；控制数学模型可根据预设窨香参数为PID控制器匹配相应的各时段控制指令。
进一步的是，当有传感器出现故障时，通过人机界面人工控制各执行设备的工作，或是执行控制数学模型为PID控制器匹配的控制指令。
本发明的有益效果是：通过模糊PID控制器对箱体内的温度、湿度、气压和氧量进行调控，结合了模糊控制和PID控制的优点，不仅满足了精确匹配控制的要求，同时控制系统稳定性好，有效提高了鲜花的吐香能力和茶叶的吸香能力，保证窨制茶叶的质量的一致性，窨制出的花茶品质稳定，经济效益高，利于茶叶生产的流水作业。
附图说明
图1是本发明茶叶窨香机的实施结构示意图；
图中标记为：密闭箱100、箱体110、进气口111、出气口112、电磁阀113、模糊PID控制器200、真空泵300、压力传感器310、制氧装置400、氧传感器410、热源500、温度传感器510、湿度传感器520、人机界面600。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，茶叶窨香机，包括密闭箱100，所述密闭箱100包括设置有门的密闭箱体110，所述箱体110上设有进气口111和出气口112；还包括模糊PID控制器200，分别与进气口111连通的制氧装置400和热源500，与出气口112连通的真空泵300，以及分别设置在箱体110内的压力传感器310、氧传感器410、温度传感器510和湿度传感器520；所述进气口111和出气口112上均设有电磁阀113，所述模糊PID控制器200包括模糊化模块和PID控制器，所述电磁阀113、真空泵300、制氧装置400、热源500、压力传感器310、氧传感器410、温度传感器510和湿度传感器520分别与模糊PID控制器200电连接。
具体的，所述模糊化模块包括模糊化接口、规则库、数据库、推理机和解模糊接口。
在窨制过程中，所述模糊PID控制器200根据各传感器测得的箱体110内相应窨香参数与相应的预设窨香参数比较计算得出偏差e和偏差变化率ec，并由模糊化模块进行模糊化、建立数据库和规则库、模糊推理和去模糊化处理，得到PID控制参数的修正值，再由PID控制器控制各执行设备；所述窨香参数包括窨香温度、窨香湿度、箱体内气压和箱体内含氧量；所述执行设备包括电磁阀113、真空泵300、制氧装置400和热源500。
为了方便工作人员对该茶叶窨香机进行操作，其还包括人机界面600，所述人机界面600与控制器200电连接。工作人员可以通过人机界面600自由设定窨香参数，控制该茶叶窨香机的工作。
基于上述任意一种茶叶窨香机的茶叶窨香智能化控制模式，包括确定并预设窨香参数的步骤、获取并比较计算的步骤、参数修正并输出控制的步骤和校验步骤；
确定并预设窨香参数：根据茶叶的种类、含水率和进料量以及鲜花的种类、含水率和进料量，确定茶叶的窨香参数，并将确定的茶叶的窨香参数预设在模糊PID控制器200中；窨香参数包括窨香时间、窨香温度、窨香湿度、箱体内气压和箱体内含氧量；
获取并比较计算：通过压力传感器310、氧传感器410、温度传感器510和湿度传感器520分别测得的箱体110内相应窨香参数，然后与相应的预设窨香参数比较计算得出偏差e和偏差变化率ec；
参数修正并输出控制：将偏差e和偏差变化率ec作为模糊化模块的输入进行模糊化，并基于大量经验数据建立规则库和数据库，然后经过模糊推理和去模糊化获得PID温控参数的修正值，并输入到PID控制器控制中，再由PID控制器控制各执行设备的工作；所述执行设备包括电磁阀113、真空泵300、制氧装置400和热源500；
校验步骤：各传感器实时监测箱体110内的窨香参数，当测得的窨香参数不等于预设窨香参数时，重复上述各步骤。
在上述基础上，该茶叶窨香智能化控制模式，还包括通过智能控制算法建立控制数学模型，并植入PID控制器；根据实验验证得到PID控制器各时段的控制数据调整控制数学模型；控制数学模型可根据预设窨香参数为PID控制器匹配相应的各时段控制指令。当有传感器出现故障时，通过人机界面600人工控制各执行设备的工作，或是执行控制数学模型为PID控制器匹配的控制指令。
温度控制过程：通过温度传感器510实时检测箱体110内的温度变化，并将该温度变化反馈给模糊PID控制器200，模糊PID控制器200根据检测到的温度值与预先设定好的温度值进行比较计算得出偏差eT和偏差变化率ecT，以偏差eT和偏差变化率ecT作为模糊化模块的输入进行模糊化、建立数据库和规则库、模糊推理和去模糊化处理，得到PID温度控制参数的修正值，再由PID控制器控制执行设备执行；需要增温，则模糊PID控制器200控制进气口111处的电磁阀113及热源500工作，由于热源500是与进气口111连通的，因此，外界的空气在从进气口111进入箱体110前会被热源500加热，使其变成热风后再进入箱体110内，进而使箱体110内地温度升高至预设值；需要降温，则模糊PID控制器200控制进气口111处和出气口112处的电磁阀113工作，使外界的空气通过进气口111进入箱体110内，再从出气口112排出，进行通风散热。整个温控过程的控制量由模糊PID控制器200精确匹配控制，温控稳定性好，窨制茶叶的质量一致性好。
湿度控制过程：通过湿度传感器520实时检测箱体110内的湿度变化，并将其湿度变化反馈给控制器200，控制器200根据检测到的湿度值与其内预先设定好的湿度值进行比较计算得出偏差eH和偏差变化率ecH，以偏差eH和偏差变化率ecH作为模糊化模块的输入进行模糊化、建立数据库和规则库、模糊推理和去模糊化处理，得到PID湿度控制参数的修正值，再由PID控制器控制执行设备执行,以降低湿度(由于茶叶水份的释放，箱体110内地湿度必然过大)；控制器200控制进气口111处和出气口112处的电磁阀113工作，使外界的空气通过进气口111进入箱体110内，再从出气口112排出，空气在流动过程中会将箱体110内的湿气带走一部分，从而将箱体110内的湿度降到规定的范围内；对于电磁阀113开度及开启时间的控制是根据得到的PID湿度控制参数修正值进行的，控制精准、稳定，窨制效果好。
气压控制过程：通过压力传感器310实时检测箱体110内气压的变化，并反馈给模糊PID控制器200，模糊PID控制器200根据检测到的气压值与预先设定好的气压值进行比较计算得出偏差eP和偏差变化率ecP，以偏差eP和偏差变化率ecP作为模糊化模块的输入进行模糊化、建立数据库和规则库、模糊推理和去模糊化处理，得到PID气压控制参数的修正值，再由PID控制器控制执行设备执行；需要降低箱体110内气压，则模糊PID控制器200控制出气口112处的电磁阀113以及真空泵300工作，将箱体110内的空气抽出一部分，使箱体110内的压力恢复到预设的气压值；需要增加箱体110内气压，则模糊PID控制器200控制进气口111处的电磁阀113工作，使外界的空气进入箱体110内，使箱体110内压力恢复到预设的气压值。整个控制过程中，对于真空泵300的抽取量或是进气口111处的电磁阀113开度及开启时间的控制是根据得到的PID气压控制参数修正值进行的，控制精准、稳定，能够保证茶叶的窨制效果，窨制出的茶叶的质量高，一致性好。
箱体内含氧量控制过程：通过氧传感器410实时检测箱体110内的氧量变化，并将其氧量变化反馈给控制器200，控制器200根据检测到的氧量值与其内预先设定好的氧量值进行比较计算得出偏差eO2和偏差变化率ecO2，以偏差eO2和偏差变化率ecO2作为模糊化模块的输入进行模糊化、建立数据库和规则库、模糊推理和去模糊化处理，得到PID氧量控制参数的修正值，再由PID控制器控制执行设备执行；控制器200控制进气口111处的电磁阀113及与进气口111连通的制氧装置400工作，制得的氧气从进气口111进入箱体110内，从而将箱体110内的氧量达到规定的范围内。对于制氧装置400制氧量的控制由PID氧量控制参数的修正值进行的，控制精准，系统稳定性好。

Claims (8)

1.茶叶窨香机，包括密闭箱(100)，所述密闭箱(100)包括设置有门的密闭箱体(110)，所述箱体(110)上设有进气口(111)和出气口(112)；其特征在于：还包括模糊PID控制器(200)，分别与进气口(111)连通的制氧装置(400)和热源(500)，与出气口(112)连通的真空泵(300)，以及分别设置在箱体(110)内的压力传感器(310)、氧传感器(410)、温度传感器(510)和湿度传感器(520)；所述进气口(111)和出气口(112)上均设有电磁阀(113)，所述模糊PID控制器(200)包括模糊化模块和PID控制器，所述电磁阀(113)、真空泵(300)、制氧装置(400)、热源(500)、压力传感器(310)、氧传感器(410)、温度传感器(510)和湿度传感器(520)分别与模糊PID控制器(200)电连接。
2.如权利要求1所述的茶叶窨香机，其特征在于：所述模糊化模块包括模糊化接口、规则库、数据库、推理机和解模糊接口。
3.如权利要求1所述的茶叶窨香机，其特征在于：所述模糊PID控制器(200)根据各传感器测得的箱体(110)内相应窨香参数与相应的预设窨香参数比较计算得出偏差e和偏差变化率ec，并由模糊化模块进行模糊化、建立数据库和规则库、模糊推理和去模糊化处理，得到PID控制参数的修正值，再由PID控制器控制各执行设备；所述窨香参数包括窨香温度、窨香湿度、箱体内气压和箱体内含氧量；所述执行设备包括电磁阀(113)、真空泵(300)、制氧装置(400)和热源(500)。
4.如权利要求1、2或3所述的茶叶窨香机，其特征在于：还包括人机界面(600)，所述人机界面(600)与模糊PID控制器(200)电连接。
5.基于权利要求1至4中任一项所述的茶叶窨香机的茶叶窨香智能化控制模式，其特征在于：包括确定并预设窨香参数的步骤、获取并比较计算的步骤和参数修正并输出控制的步骤；
确定并预设窨香参数：根据茶叶的种类、含水率和进料量以及鲜花的种类、含水率和进料量，确定茶叶的窨香参数，并将确定的茶叶的窨香参数预设在模糊PID控制器(200)中；窨香参数包括窨香时间、窨香温度、窨香湿度、箱体内气压和箱体内含氧量；
获取并比较计算：通过压力传感器(310)、氧传感器(410)、温度传感器(510)和湿度传感器(520)分别测得的箱体(110)内相应窨香参数，然后与相应的预设窨香参数比较计算得出偏差e和偏差变化率ec；
参数修正并输出控制：将偏差e和偏差变化率ec作为模糊化模块的输入进行模糊化，并基于大量经验数据建立规则库和数据库，然后经过模糊推理和去模糊化获得PID温控参数的修正值，并输入到PID控制器控制中，再由PID控制器控制各执行设备的工作；所述执行设备包括电磁阀(113)、真空泵(300)、制氧装置(400)和热源(500)。
6.如权利要求5所述的茶叶窨香智能化控制模式，其特征在于：还包括校验步骤；
校验步骤：各传感器实时监测箱体(110)内的窨香参数，当测得的窨香参数不等于预设窨香参数时，重复上述各步骤。
7.如权利要求5或6所述的茶叶窨香智能化控制模式，其特征在于：通过智能控制算法建立控制数学模型，并植入PID控制器；根据实验验证得到PID控制器各时段的控制数据调整控制数学模型；控制数学模型可根据预设窨香参数为PID控制器匹配相应的各时段控制指令。
8.如权利要求7所述的茶叶窨香智能化控制模式，其特征在于：当有传感器出现故障时，通过人机界面(600)人工控制各执行设备的工作，或是执行控制数学模型为PID控制器匹配的控制指令。
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