CN112931913B - 一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法 - Google Patents

一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，包括：获取梗丝干燥的热风流量，并建立一个设定时间段内的n次采样的热风流量滑窗；获取梗丝干燥的出口含水率的目标值，并计算一个滑窗内各个时刻热风流量所对应的出口含水率与所述目标值的差值；根据所述热风流量和出口含水率的变化趋势确定风量滑窗预测模型，并通过所述风量滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风流量进行前馈控制。解决现有梗丝干燥的出口含水率存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

Description

一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法
技术领域
本发明涉及烟丝加工控制技术领域，尤其涉及一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法。
背景技术
目前，卷烟生产企业在制丝生产过程中，梗丝干燥常采用气流式膨胀干燥设备，其主要工艺目的是去除梗丝中多余的水分，提高梗丝填充能力和耐加工性能，改善和提高梗丝的感官质量。梗丝干燥工序中的出口水分控制的是通过控制排潮风门的开度。即当出口水分高于设定值，排潮风门开大，通过增加排潮来降低物料水分；当出口水分低于设定值，排潮风门关小，减少排潮增加物料水分，最终达到控制水分的目的。但这种方式靠出口含水率的检测并反馈以调节排潮风门，存在出口含水率调节的滞后性，易造成批次内梗丝水分不均匀，不利于生产过程质量控制。
发明内容
本发明提供一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，解决现有梗丝干燥的出口含水率存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，包括：
获取梗丝干燥的热风流量，并建立一个设定时间段内的N次采样的热风流量滑窗；
获取梗丝干燥的出口含水率的目标值，并计算一个滑窗内各个时刻热风流量所对应的出口含水率与所述目标值的差值；
根据所述热风流量和出口含水率的变化趋势确定风量滑窗预测模型，并通过所述风量滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风流量进行前馈控制。
优选的，还包括：
获取梗丝干燥的热风温度，并建立一个设定时间段内的N次采样的热风温度滑窗；
计算一个滑窗内各个时刻热风温度所对应的出口含水率与所述目标值的差值；
根据所述热风温度和出口含水率的变化趋势确定温度滑窗预测模型，并通过所述温度滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风温度进行前馈控制。
优选的，还包括：
获取梗丝的来料含水率，并对设定时间段内的N次采样作为一个滑窗来计算来料平均含水率；
再建立一个包括当前时刻在内的N次采样的来料含水率滑窗，并计算得到各个时刻的来料含水率与所述来料平均含水率的差值；
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在来料含水率出现增大趋势或减小趋势时控制排潮阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对梗丝干燥出口含水率进行前馈控制。
优选的，还包括：
获取梗丝干燥的出口含水率的实测值，并根据所述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排潮阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的梗丝干燥工序的出口含水率按所述目标值进行控制。
优选的，还包括：
建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量ZS；
在
Figure BDA0002982637350000021
或
Figure BDA0002982637350000022
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；
根据所述EWMA统计量ZS对排潮阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小。
优选的，所述EWMA统计量ZS根据以下公式计算：
ZS＝λyS+(1-λ)ZS-1，其中，Z0＝T，λ＝2，yS为第S个时刻的出口含水率。
优选的，所述通过所述风量滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风流量进行前馈控制，包括：
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的差值都大于或小于0，则判断出口含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
获取热风流量滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制混合风门在所述出口时刻开始增大开度或减小开度，以控制热风流量。
优选的，所述通过所述温度滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风温度进行前馈控制，包括：
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的差值都大于或小于0，则判断出口含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
获取热风温度滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制热风温度在所述出口时刻开始减小或增大。
本发明提供一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，通过建立滑窗预测模型对梗丝出口含水率进行前馈控制，解决现有梗丝加料的出口含水率存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
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是本发明提供的一种基于热风流量滑窗预测的控制方法示意图。
图2是本发明提供的一种基于热风温度滑窗预测的控制方法示意图。
图3是本发明提供的一种基于来料含水率滑窗预测的控制方法示意图。
图4是本发明提供的一种基于PID反馈控制模型的控制方法示意图。
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。
针对当前梗丝干燥工序中对于出口含水率的控制存在滞后性的问题。本发明提供一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，通过建立滑窗预测模型对梗丝出口含水率进行前馈控制，解决现有梗丝干燥的出口含水率存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
如图1所示，一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，包括：
S1：获取梗丝干燥的热风流量，并建立一个设定时间段内的N次采样的热风流量滑窗。
S2：获取梗丝干燥的出口含水率的目标值，并计算一个滑窗内各个时刻热风流量所对应的出口含水率与所述目标值的差值。
S3：根据所述热风流量和出口含水率的变化趋势确定风量滑窗预测模型，并通过所述风量滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风流量进行前馈控制。
进一步，所述通过所述风量滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风流量进行前馈控制，包括：
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的差值都大于或小于0，则判断出口含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势。
获取热风流量滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制混合风门在所述出口时刻开始增大开度或减小开度，以控制热风流量。
在实际应用中，梗丝干燥的热风流量的整体趋势性变化，可采用移动滑窗来进行监测。首先，建立热风流量滑窗，并采集一个滑窗内各个时刻的热风流量所对应的出口含水率的实测值与目标值的差值，建立热风流量与出口含水率的第一对应表，根据第一对应表建立风量滑窗预测模型，以根据出口含水率的目标值对热风流量进行前馈控制。该方法能解决现有梗丝干燥的出口含水率存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
如图2所示，还包括：
S4：获取梗丝干燥的热风温度，并建立一个设定时间段内的N次采样的热风温度滑窗。
S5：计算一个滑窗内各个时刻热风温度所对应的出口含水率与所述目标值的差值。
S6：根据所述热风温度和出口含水率的变化趋势确定温度滑窗预测模型，并通过所述温度滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风温度进行前馈控制。
进一步，所述通过所述温度滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风温度进行前馈控制，包括：
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的差值都大于或小于0，则判断出口含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势。
获取热风温度滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制热风温度在所述出口时刻开始减小或增大。
在实际应用中，梗丝干燥的热风温度的整体趋势性变化，可采用移动滑窗来进行监测。先建立热风温度滑窗，并采集一个滑窗内各个时刻的热风温度所对应的出口含水率的实测值与目标值的差值，建立热风温度与出口含水率的第二对应表，根据第二对应表建立温度滑窗预测模型，以根据出口含水率的目标值对热风流量进行前馈控制。
如图3所示，该方法还包括：
S7：获取梗丝的来料含水率，并对设定时间段内的N次采样作为一个滑窗来计算来料平均含水率。
S8：再建立一个包括当前时刻在内的N次采样的来料含水率滑窗，并计算得到各个时刻的来料含水率与所述来料平均含水率的差值。
S9：如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势。
S10：获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制排潮阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对梗丝干燥出口含水率进行前馈控制。
具体地，为了区分和识别梗丝的出口含水率的整体趋势性变化，可采用移动滑窗的方法进行监测。首先，设当前时刻为t，为了确定当前增湿水量，可采用近一段时间的前N次采样作为一个滑窗来计算平均出口含水率
Figure BDA0002982637350000061
其中，xi表示第i个时刻的出口含水率。随着生产过程的继续，这个滑窗向前滑动，于是下一时刻时的平均含水率为
Figure BDA0002982637350000062
其次，为了识别入口含水率的趋势性变化，可再建立一个包括N次采样的滑窗，同样设当前时刻为t，分别计算包括当前时刻在内的N次采样的出口含水率与平均出口含水率的差dj＝xj-μj；j＝t,t-1,…t-N+1。为了避免偶然性变化的影响，识别趋势性的出口含水率的变化，可设置过程质量控制判异准则。
该方法通过滑窗预测对出口含水率进行前馈控制，使梗丝干燥工序中对出口含水率进行精确控制，使批次内的梗丝的出口含水率的一致性得到提高，不需要在检测到出口含水率后才进行调整，能提升生产过程质量控制能力。
如图4所示，该方法还包括：
S11：获取梗丝干燥的出口含水率实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值。
S12：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排潮阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的梗丝干燥工序的出口含水率按所述目标值进行控制。
在实际应用中，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，提高批次内出口含水率控制的稳定性，增加批次间控制的一致性。
为了更好地对梗丝的出口含水率进行有效控制，还应该根据其变化情况及时进行修正调整。已有的PID反馈控制系统能够对出口含水率的轻微变化进行调整，但对于较大的过程波动往往难以及时实现有效控制，很多时候都需要操作人员进行人工干预，这既增加了人员的工作强度，也由于操作人员的经验差异造成批次质量稳定性下降，为此可采用计算机来实现出口含水率变化的自动识别和调整。为了提高识别过程出现趋势性偏移的灵敏性，同时避免个别检测结果异常造成的干扰，可运用EWMA进行控制系统的算法设计。
该方法还包括：
S13：建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA 反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA 统计量ZS。在
Figure BDA0002982637350000071
或
Figure BDA0002982637350000072
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数。根据所述EWMA统计量ZS对排潮阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小。
进一步，所述EWMA统计量ZS根据以下公式计算：
ZS＝λyS+(1-λ)ZS-1，其中，Z0＝T，λ＝2，yS为第S个时刻的出口含水率。
可见，本发明提供一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，通过建立滑窗预测模型对梗丝出口含水率进行前馈控制，并通过PID反馈控制模型和EWMA反馈控制模型对梗丝出口含水率进行反馈控制，解决现有梗丝加料的出口含水率存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
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 (7)

1.一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，其特征在于，包括：
获取梗丝干燥的热风流量，并建立一个设定时间段内的N次采样的热风流量滑窗；
获取梗丝干燥的出口含水率的目标值，并计算一个滑窗内各个时刻热风流量所对应的出口含水率与所述目标值的差值；
根据所述热风流量和出口含水率的变化趋势确定风量滑窗预测模型，并通过所述风量滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风流量进行前馈控制；
获取梗丝的来料含水率，并对设定时间段内的N次采样作为一个滑窗来计算来料平均含水率；
再建立一个包括当前时刻在内的N次采样的来料含水率滑窗，并计算得到各个时刻的来料含水率与所述来料平均含水率的差值；
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在来料含水率出现增大趋势或减小趋势时控制排潮阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对梗丝干燥出口含水率进行前馈控制。
2.根据权利要求1所述的气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，其特征在于，还包括：
获取梗丝干燥的热风温度，并建立一个设定时间段内的N次采样的热风温度滑窗；
计算一个滑窗内各个时刻热风温度所对应的出口含水率与所述目标值的差值；
根据所述热风温度和出口含水率的变化趋势确定温度滑窗预测模型，并通过所述温度滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风温度进行前馈控制。
3.根据权利要求2所述的气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，其特征在于，还包括：
获取梗丝干燥的出口含水率的实测值，并根据所述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排潮阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的梗丝干燥工序的出口含水率按所述目标值进行控制。
4.根据权利要求3所述的气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，其特征在于，还包括：
建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量ZS；
在
Figure FDA0003517605810000021
或
Figure FDA0003517605810000022
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；
根据所述EWMA统计量ZS对排潮阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小。
5.根据权利要求4所述的气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，其特征在于，所述EWMA统计量ZS根据以下公式计算：
ZS＝λ·yS+(1-λ)ZS-1，其中，Z0＝T，λ＝2，yS为第S个时刻的出口含水率。
6.根据权利要求5所述的气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，其特征在于，所述通过所述风量滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风流量进行前馈控制，包括：
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的差值都大于或小于0，则判断出口含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
获取热风流量滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在出现了整体性的增大趋势或减小趋势时控制混合风门在所述出口时刻开始增大开度或减小开度，以控制热风流量。
7.根据权利要求6所述的气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法，其特征在于，所述通过所述温度滑窗预测模型对出口含水率达到所述目标值的热风温度进行前馈控制，包括：
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的差值都大于或小于0，则判断出口含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
获取热风温度滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在出现了整体性的增大趋势或减小趋势时控制热风温度在所述出口时刻开始减小或增大。
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