CN111067130B - 一种加香加料的精度控制方法及系统 - Google Patents

一种加香加料的精度控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种加香加料的精度控制方法及系统，该方法包括：按设定值设置加香加料的料液比例，并获取加香加料所对应的出口含水率目标值；获取加香加料工序的出口含水率的实测值，并根据所述出口含水率目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节料液喷射量以对出口含水率进行反馈控制，使各批次的加香加料工序的出口含水率按所述目标值进行控制。本发明能提高各品牌加香加料的料液比例的控制精度和工序出口水分的稳定性，提升生产过程精度控制能力。

Description

一种加香加料的精度控制方法及系统
技术领域
本发明涉及烟草加工技术领域，尤其涉及一种加香加料的精度控制方法及系统。
背景技术
加香加料包括烟片加料、梗丝加料、烟丝加香、梗丝加香，是将料液、香精均匀喷洒在烟丝或梗丝上。加香加料是烟草在生产加工过程中的重要工艺过程，按配方要求将料液施加到梗丝上，通过加料工艺处理降低烟草的刺激性、杂气，改善烟草的感官精度和物理特性。目前加香加料控制是在生产过程中由加料系统根据梗丝流量及加料比例将料液施加至梗丝上。同时料液是通过喷嘴与蒸汽混合喷洒。由于加料液的精度及均匀度直接影响烟草品质，对卷烟吸味影响较大。现有料液控制通常依当事人的经验进行诊断并采取调整措施，这种判断模式受人的主观因素(经验和技能)影响较大，且存在判断的科学性不足甚至误判的问题，不利于各批次加香加料的调控和长期稳定。
发明内容
本发明提供一种加香加料的精度控制方法及系统，解决现有加香加料时对料液的喷洒比例和均匀度控制不准确的问题，能提高各品牌加香加料的料液比例的控制精度和工序出口水分的稳定性，提升生产过程精度控制能力。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种加香加料的精度控制方法，包括：
按设定值设置加香加料的料液比例，并获取加香加料所对应的出口含水率目标值；
获取加香加料工序的出口含水率的实测值，并根据所述出口含水率目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节料液喷射量以对出口含水率进行反馈控制，使各批次的加香加料工序的出口含水率按所述目标值进行控制。
优选的，还包括：
根据单批次内的所述料液喷射量和所述料液比例计算得到加料加香实际比例；
根据公式：加香加料精度＝|所述加料加香实际比例-单批次内的加香加料设定比例|/所述加香加料设定比例*100％，计算得到单批次加香加料精度值；
如果所述加香加料精度值大于设定精度阈值，则调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节所述料液喷射量，直到所述加香加料精度值小于所述设定精度阈值。
优选的，还包括：
在生产稳态阶段，取每间隔30s内加料加香前电子秤物料累积量wl和对应延时时间内的加料加香累积量wx，用
Figure BDA0002314709130000021
公式计算瞬时加料加香比例Ci，每批连续采集计算Ci不少于30次，加料加香比例变异系数计算公式如下：
Figure BDA0002314709130000022
式中：CVδ为加料加香比例变异系数，Ci为第i次加料加香比例，i取1，2，……n的自然数，
Figure BDA0002314709130000023
为n个加料加香比例平均值；
如果所述加料加香比例变异系数大于设定系数阈值，则调整调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节加料加香比例使所述加料加香比例变异系数小于所述设定系数阈值。
优选的，还包括：
实时获取设定时间内加香加料工序中的出口含水率和料液喷射量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与料液喷射量的回归拟合函数；
根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的加香加料工序中按所述取值范围进行PID参数调节。
优选的，还包括：
采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；
如果连续两个批次的均方误差都持续增大，则对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。
本发明还提供一种加香加料的精度控制系统，包括：
第一获取单元，用于按设定值设置加香加料的料液比例，并获取加香加料所对应的出口含水率目标值；
第二获取单元，用于获取加香加料工序的出口含水率的实测值，并根据所述出口含水率目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
含水率控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节料液喷射量以对出口含水率进行反馈控制，使各批次的加香加料工序的出口含水率按所述目标值进行控制。
优选的，还包括：
第一计算单元，用于根据单批次内的所述料液喷射量和所述料液比例计算得到加料加香实际比例；
第二计算单元，用于根据公式：加香加料精度＝|所述加料加香实际比例-单批次内的加香加料设定比例|/所述加香加料设定比例*100％，计算得到单批次加香加料精度值；
精度调节单元，用于在所述加香加料精度值大于设定精度阈值时，调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节所述料液喷射量，直到所述加香加料精度值小于所述设定精度阈值。
优选的，还包括：
变异系数计算单元，用于在生产稳态阶段，取每间隔30s内加料加香前电子秤物料累积量wl和对应延时时间内的加料加香累积量wx，用
Figure BDA0002314709130000031
公式计算瞬时加料加香比例Ci，每批连续采集计算Ci不少于30次，加料加香比例变异系数计算公式如下：
Figure BDA0002314709130000041
式中：CVδ为加料加香比例变异系数，Ci为第i次加料加香比例，i取1，2，……n的自然数，
Figure BDA0002314709130000042
为n个加料加香比例平均值；
变异系数调节单元，用于在所述加料加香比例变异系数大于设定系数阈值时，调整调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节加料加香比例使所述加料加香比例变异系数小于所述设定系数阈值。
优选的，还包括：
拟合单元，用于实时获取设定时间内加香加料工序中的出口含水率和料液喷射量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与料液喷射量的回归拟合函数；
第一PID参数调节单元，用于根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的加香加料工序中按所述取值范围进行PID参数调节。
优选的，还包括：
误差计算单元，用于采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；
第二PID参数调节单元，用于在连续两个批次的均方误差都持续增大时，对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。
本发明提供一种加香加料的精度控制方法及系统，在通过设置出口含水率PID反馈控制模型调节料液喷射量以控制出口含水率，解决现有加香加料时对料液的喷洒比例和均匀度控制不准确的问题，能提高各品牌加香加料的料液比例的控制精度和工序出口水分的稳定性，提升生产过程精度控制能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供一种加香加料的精度控制方法示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前加香加料工序中料液喷洒的比例及均匀度不精准，易造成批次内或批次间烟叶精度不一致，影响烟草品质的问题，本发明提供一种加香加料的精度控制方法及系统，在通过设置出口含水率PID反馈控制模型调节料液喷射量以控制出口含水率，解决现有加香加料时对料液的喷洒比例和均匀度控制不准确的问题，能提高各品牌加香加料的料液比例的控制精度和工序出口水分的稳定性，提升生产过程精度控制能力。
如图1所示，一种加香加料的精度控制方法，包括：
S1：按设定值设置加香加料的料液比例，并获取加香加料所对应的出口含水率目标值；
S2：获取加香加料工序的出口含水率的实测值，并根据所述出口含水率目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
S3：建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节料液喷射量以对出口含水率进行反馈控制，使各批次的加香加料工序的出口含水率按所述目标值进行控制。
具体地，在加香加料工序的生产过程中，对出口含水率可以通过热风温度、循环风量和料液蒸汽喷射量等几方面进行影响和控制。为了避免多个影响因素同时作用造成生产过程的不稳定，可将其中的多个影响变量分别固定在一个适当的取值，仅调整其中的一个影响因素来对出口含水率进行控制。本方法选通过调节料液喷射量来实现出口含水率的调节。通过PID反馈控制模型对出口含水率进行实时调整，将出口含水率的实测值与目标值进行比对，然后根据目标偏差值作为PID反馈控制模型的输入，并根据输入的料液喷射量进行自适应学习，进而确定调节P、I和D的参数取值，以实现出口含水率的控制，使加香加料的料液喷射量得到控制，提高批次内加香加料控制的精准度和出口含水率控制的稳定性，增加批次间控制的一致性。
如图1所示，该方法还包括：
S4：根据单批次内的所述料液喷射量和所述料液比例计算得到加料加香实际比例。
S5：根据公式：加香加料精度＝|所述加料加香实际比例-单批次内的加香加料设定比例|/所述加香加料设定比例*100％，计算得到单批次加香加料精度值。
S6：如果所述加香加料精度值大于设定精度阈值，则调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节所述料液喷射量，直至所述加香加料精度值小于所述设定精度阈值。
在实际应用中，可将单批次内的所述料液喷射量与所述料液比例相乘的值作为加料加香实际比例。同时，在加香加料精度值大于设定精度阈值时，对PID参数值的调整，使料液喷射量产生变化，进而使单批次内的加料加香实际比例发生变化，最后使加香加料精度值发生变化，直至加香加料精度值小于设定精度阈值时，停止调节PID参数值。该方法能提高加香加料的精度控制，能提高各品牌加香加料的料液比例的控制精度和工序出口水分的稳定性，提升生产过程精度控制能力。
该方法还包括：
S7：在生产稳态阶段，取每间隔30s内加料加香前电子秤物料累积量wl和对应延时时间内的加料加香累积量wx，用
Figure BDA0002314709130000061
公式计算瞬时加料加香比例Ci，每批连续采集计算Ci不少于30次，加料加香比例变异系数计算公式如下：
Figure BDA0002314709130000062
式中：CVδ为加料加香比例变异系数，Ci为第i次加料加香比例，i取1，2，……n的自然数，
Figure BDA0002314709130000063
为n个加料加香比例平均值；
S8：如果所述加料加香比例变异系数大于设定系数阈值，则调整调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节加料加香比例使所述加料加香比例变异系数小于所述设定系数阈值。
具体地，通过加料加香比例变异系数可判断出在加料加香生产过程中的料液喷射量的均匀性和平稳性，如果加料加香比例变异系数大于设定系数阈值，则通过调整PID参数值使料液喷射量进行调节，控制料液喷射量的变化值，进而使加香加料的料液喷洒的均匀性和稳定性提高。
该方法还包括：
S9：实时获取设定时间内加香加料工序中的出口含水率和料液喷射量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与料液喷射量的回归拟合函数；
S10：根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的加香加料工序中按所述取值范围进行PID参数调节。
在实际应用中，在进行回归分析之前，首先要确定控制过程的输入(即控制参数)和输出(控制结果)。当前的控制模式可以通过调整料液喷射量来实现对出口含水率的反馈控制。若出口含水率较高，则降低料液喷射量来降低出口含水率，若出口含水率较低，则提高料液喷射量以使出口含水率升高。本方法通过出口含水率与料液喷射量拟合得到的回归拟合函数，可确定该时间段内的料液喷射趋势，根据该时段内的PID参数控制同一批次内的加香加料工序，能有效保证加香加料工序中料液喷洒的均匀性和稳定性，有利于提升生产过程精度控制能力。
该方法还包括：
S11：采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；
S12：如果连续两个批次的均方误差都持续增大，则对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。
具体地，每个批次结束后，都对批次的精度一致性进行分析。对批次精度的评价方法有很多，采用较为简单常见的一种评价方法，计算均方误差(MSE,Mean Square Error)：
Figure BDA0002314709130000071
其中，n为每个批次获取的样本个数，yi为每个样本中出口含水率的取值，yT为出口含水率的均值。
在实际应用中，我们期望MSE越小越好，越小说明过程精度越稳定。若连续两个批次的MSE都增大，说明生产过程中出现了某种新的变化，导致当前的控制模式与生产实际不相适应了，因此需要对当前的控制模式进行调整。
可见，本发明提供一种加香加料的精度控制方法，在通过设置出口含水率PID反馈控制模型调节料液喷射量以控制出口含水率，解决现有加香加料时对料液的喷洒比例和均匀度控制不准确的问题，能提高各品牌加香加料的料液比例的控制精度和工序出口水分的稳定性，提升生产过程精度控制能力。
相应地，本发明还提供本发明还提供一种加香加料的精度控制系统，包括：第一获取单元，用于按设定值设置加香加料的料液比例，并获取加香加料所对应的出口含水率目标值。第二获取单元，用于获取加香加料工序的出口含水率的实测值，并根据所述出口含水率目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值。含水率控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节料液喷射量以对出口含水率进行反馈控制，使各批次的加香加料工序的出口含水率按所述目标值进行控制。
该系统还包括：第一计算单元，用于根据单批次内的所述料液喷射量和所述料液比例计算得到加料加香实际比例。第二计算单元，用于根据公式：加香加料精度＝|所述加料加香实际比例-单批次内的加香加料设定比例|/所述加香加料设定比例*100％，计算得到单批次加香加料精度值。精度调节单元，用于在所述加香加料精度值大于设定精度阈值时，调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节所述料液喷射量，直到所述加香加料精度值小于所述设定精度阈值。
该系统还包括：变异系数计算单元，用于在生产稳态阶段，取每间隔30s内加料加香前电子秤物料累积量wl和对应延时时间内的加料加香累积量wx，用
Figure BDA0002314709130000081
公式计算瞬时加料加香比例Ci，每批连续采集计算Ci不少于30次，加料加香比例变异系数计算公式如下：
Figure BDA0002314709130000082
式中：CVδ为加料加香比例变异系数，Ci为第i次加料加香比例，i取1，2，……n的自然数，
Figure BDA0002314709130000083
为n个加料加香比例平均值。
变异系数调节单元，用于在所述加料加香比例变异系数大于设定系数阈值时，调整调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节加料加香比例使所述加料加香比例变异系数小于所述设定系数阈值。
该系统还包括：拟合单元，用于实时获取设定时间内加香加料工序中的出口含水率和料液喷射量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与料液喷射量的回归拟合函数。第一PID参数调节单元，用于根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的加香加料工序中按所述取值范围进行PID参数调节。
该系统还包括：误差计算单元，用于采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差。第二PID参数调节单元，用于在连续两个批次的均方误差都持续增大时，对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。
可见，本发明提供一种加香加料的精度控制系统，在通过设置出口含水率PID反馈控制模型调节料液喷射量以控制出口含水率，解决现有加香加料时对料液的喷洒比例和均匀度控制不准确的问题，能提高各品牌加香加料的料液比例的控制精度和工序出口水分的稳定性，提升生产过程精度控制能力。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种加香加料的精度控制方法，其特征在于，包括：
按设定值设置加香加料的料液比例，并获取加香加料所对应的出口含水率目标值；
获取加香加料工序的出口含水率的实测值，并根据所述出口含水率目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节料液喷射量以对出口含水率进行反馈控制，使各批次的加香加料工序的出口含水率按所述目标值进行控制；
实时获取设定时间内加香加料工序中的出口含水率和料液喷射量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与料液喷射量的回归拟合函数；
根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的加香加料工序中按所述取值范围进行PID参数调节；
在生产稳态阶段，取每间隔30s内加料加香前电子秤物料累积量wl和对应延时时间内的加料加香累积量wx，用
Figure FDA0003483313130000011
公式计算瞬时加料加香比例Ci，每批连续采集计算Ci不少于30次，加料加香比例变异系数计算公式如下：
Figure FDA0003483313130000012
式中：CVδ为加料加香比例变异系数，Ci为第i次加料加香比例，i取1，2，……n的自然数，
Figure FDA0003483313130000013
为n个加料加香比例平均值；
如果所述加料加香比例变异系数大于设定系数阈值，则调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节加料加香比例使所述加料加香比例变异系数小于所述设定系数阈值。
2.根据权利要求1所述的加香加料的精度控制方法，其特征在于，还包括：
根据单批次内的所述料液喷射量和所述料液比例计算得到加料加香实际比例；
根据公式：加香加料精度＝|所述加料加香实际比例-单批次内的加香加料设定比例|/所述加香加料设定比例*100％，计算得到单批次加香加料精度值；
如果所述加香加料精度值大于设定精度阈值，则调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节所述料液喷射量，直到所述加香加料精度值小于所述设定精度阈值。
3.根据权利要求2所述的加香加料的精度控制方法，其特征在于，还包括：
采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；
如果连续两个批次的均方误差都持续增大，则对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。
4.一种加香加料的精度控制系统，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于按设定值设置加香加料的料液比例，并获取加香加料所对应的出口含水率目标值；
第二获取单元，用于获取加香加料工序的出口含水率的实测值，并根据所述出口含水率目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
含水率控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节料液喷射量以对出口含水率进行反馈控制，使各批次的加香加料工序的出口含水率按所述目标值进行控制；
拟合单元，用于实时获取设定时间内加香加料工序中的出口含水率和料液喷射量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与料液喷射量的回归拟合函数；
第一PID参数调节单元，用于根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的加香加料工序中按所述取值范围进行PID参数调节；
变异系数计算单元，用于在生产稳态阶段，取每间隔30s内加料加香前电子秤物料累积量wl和对应延时时间内的加料加香累积量wx，用
Figure FDA0003483313130000031
公式计算瞬时加料加香比例Ci，每批连续采集计算Ci不少于30次，加料加香比例变异系数计算公式如下：
Figure FDA0003483313130000032
式中：CVδ为加料加香比例变异系数，Ci为第i次加料加香比例，i取1，2，……n的自然数，
Figure FDA0003483313130000033
为n个加料加香比例平均值；
变异系数调节单元，用于在所述加料加香比例变异系数大于设定系数阈值时，调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节加料加香比例使所述加料加香比例变异系数小于所述设定系数阈值。
5.根据权利要求4所述的加香加料的精度控制系统，其特征在于，还包括：
第一计算单元，用于根据单批次内的所述料液喷射量和所述料液比例计算得到加料加香实际比例；
第二计算单元，用于根据公式：加香加料精度＝|所述加料加香实际比例-单批次内的加香加料设定比例|/所述加香加料设定比例*100％，计算得到单批次加香加料精度值；
精度调节单元，用于在所述加香加料精度值大于设定精度阈值时，调整所述含水率PID反馈控制模型的PID参数值，以调节所述料液喷射量，直到所述加香加料精度值小于所述设定精度阈值。
6.根据权利要求5所述的加香加料的精度控制系统，其特征在于，还包括：
误差计算单元，用于采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；
第二PID参数调节单元，用于在连续两个批次的均方误差都持续增大时，对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。
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