CN114280921B - 一种摇振装置参数优化方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明适用于造纸技术领域，提供了一种摇振装置参数优化方法、装置及存储介质，所述优化方法包括以下步骤：用描点法找出最优摇振系数SKZ；获取摇振振幅s和摇振频率n，以设定匀度为参考，对摇振频率n进行PID控制；采用模糊控制法对PID参数进行补偿；摇振频率n变化的同时，根据最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，计算出对应摇振装置所需要运行的摇振振幅s；基于摇振频率n的自动调节以及摇振频率n的自动跟随，使纸张匀度稳定在匀度设定值f。本发明在工艺人员手动设置摇振装置频率和振幅的基础上，增加自动优化频率和振幅参数的算法，可以保持匀度的稳定。

Description

一种摇振装置参数优化方法、装置及存储介质

技术领域

本发明属于造纸技术领域，尤其涉及一种摇振装置参数优化方法、装置及存储介质。

背景技术

对于中高速纸机，高速摇振装置越来越被广泛使用。它具有更高的频率和更宽的振幅，并且只对胸辊进行摇振，对高速纸机的网案设计和脱水元件的排列不产生任何影响，能有效改善纸张的物理特性。高速摇振装置有频率和振幅两个可调项。实际生产中，操作人员需要对不同的纸种，不同的车速，不同的工况，根据成纸、匀度、水分等数据分析，随时手动调节这两个参数。这其中，摇振装置对于纸张匀度的改善尤其明显。

现有技术中，工艺人员根据纸张质量，凭经验进行频率和振幅的调整，主观性太高，准确性不足，并且没有实时性，假如之前的来料不稳定，则按照当前参数运行的摇振装置可能达不到预定的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摇振装置参数优化方法、装置及存储介质，旨在解决现有技术中工艺人员根据纸张质量，凭经验进行频率和振幅的调整，主观性太高，准确性不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

第一方面，在本发明提供的一个实施例中，一种摇振装置参数优化方法，所述优化方法包括以下步骤：

用描点法找出最优摇振系数SKZ；

获取摇振振幅s和摇振频率n，以设定匀度为参考，对摇振频率n进行PID控制；

采用模糊控制法对PID参数进行补偿；

摇振频率n变化的同时，根据最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，计算出对应摇振装置所需要运行的摇振振幅s；

基于摇振频率n的自动调节以及摇振频率n的自动跟随，使纸张匀度稳定在匀度设定值f。

在本发明提供的一些实施例中，所述用描点法找出最优摇振系数SKZ的步骤包括：

数据库的数据进行分析，通过描点法建立匀度值与最优摇振系统之间的映射关系；

基于所述映射关系确定与当前匀度设定值f对应的最优摇振系数SKZ。

在本发明提供的一些实施例中，所述获取摇振振幅s和摇振频率n，以设定匀度为参考，对摇振频率n进行PID控制的步骤包括：将匀度f的设定值r(t)与匀度f的反馈值y(t)之间的差异构成控制偏差e(t)，把偏差按照比例P、积分I和微分D进行线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制；

其中，表达式为：

式中：e(t)＝r(t)-y(t)代表匀度f的设定值和反馈值的偏差；u(t)为控制输出摇振频率n；KP是比例系数；KI是积分系数；KD是微分系数。

在本发明提供的一些实施例中，所述采用模糊控制法对PID参数进行补偿的步骤包括：

以匀度误差e和误差变化ec作为输入；

找出PID三个参数Kp，Ki，Kd与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改。

在本发明提供的一些实施例中，e和ec连续变化的区间范围划分为负大NB、负中NM、负小NS、零ZO、正小PS、正中PM和正大PB七个等级，隶属度函数设置为高斯分布，进行模糊化处理；ΔKp，ΔKi和ΔKd同样按连续变化的区间划分为NB，NM，NS，ZO，PS，PM和PB七个等级，隶属度函数设置为三角形分布。

在本发明提供的一些实施例中，获取输出的模糊值，模糊推理采用最大最小值法，再经清晰化处理后即可得到实际的三个修正值ΔKp，ΔKi和ΔKd，精确化采用重心法，取模糊隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心为模糊推理最终输出值。

在本发明提供的一些实施例中，将实际的三个修正值ΔKp，ΔKi和ΔKd输入到PID控制器的变频器与之前的系数Kp，Ki和Kd分别相加，表达式为：

Kp'＝Kp+ΔKp，Ki'＝Ki+ΔKi，Kd'＝Kd+ΔKd；

在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正。

在本发明提供的一些实施例中，在所述根据最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，计算出对应摇振装置所需要运行的摇振振幅s的步骤中，利用摇振公式：推算出摇振振幅公式为：/>算出对应摇振装置需要运行的摇振振幅s。

第二方面，在本发明提供的另一个实施例中，一种摇振装置参数优化装置，所述优化装置包括：

一个或多个处理器；和

其上存储有指令的一个或多个存储介质，当所述一个或多个处理器执行时，使得所述优化装置执行如第一方面所提供的优化方法。

第三方面，在本发明提供的再一个实施例中，一种存储介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得所述优化装置执行如第一方面所提供的优化方法。

与现有技术相比，本发明提供的摇振装置参数优化方法，针对某一品种的纸张，某一车速，工艺人员根据纸张质量手动设定好振幅和频率之后，系统按照纸张匀度的设定值，根据用纸张匀度测试仪检测出的匀度反馈值，实时调整摇振装置的频率和振幅，使纸张保持设定的匀度。用手动和自动相结合的方法，不断优化振幅和频率的设定值，保证纸张匀度的稳定，减少工艺人员的手动调整工作。因此，本发明在工艺人员手动设置摇振装置频率和振幅的基础上，增加自动优化频率和振幅参数的算法，可以保持匀度的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例提供的一种摇振装置参数优化方法的实现流程图；

图2为本发明实施例提供的一种摇振装置参数优化方法中PID控制工作原理图；

图3为本发明实施例提供的一种摇振装置参数优化方法中利用模糊控制对PID参数进行补偿的工作原理图；

图4为本发明实施例提供的ΔKp的模糊规则表；

图5为本发明实施例提供的ΔKi的模糊规则表；

图6为本发明实施例提供的ΔKd的模糊规则表；

图7为本发明实施例提供的对PID参数的在线自校正的工作流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。目前，对于中高速纸机，高速摇振装置越来越被广泛使用。

高速摇振装置具有更高的频率和更宽的振幅，并且只对胸辊进行摇振，对高速纸机的网案设计和脱水元件的排列不产生任何影响，能有效改善纸张的物理特性。

高速摇振装置有频率和振幅两个可调项。实际生产中，操作人员需要对不同的纸种，不同的车速，不同的工况，根据成纸、匀度、水分等数据分析，随时手动调节这两个参数。这其中，摇振装置对于纸张匀度的改善尤其明显。

现有技术中，摇振频率越高，纸张的匀度值越高，摇振效果越好。而在一定的摇振频率下，振幅适中最好。因为振幅小时，剪切力较小不能将纤维絮团有效分散；振幅较大时，剪切力过大会破坏已形成的纤维层。所以只有让摇振频率保持在一定的摇振系数，才能使纸张达到最好的匀度。

工艺人员根据纸张质量，凭经验进行频率和振幅的调整，主观性太高，准确性不足，并且没有实时性。假如之前的来料不稳定，则按照当前参数运行的摇振装置达不到预定的效果。

因此，需要考虑通过调节摇振频率的最优点，结合最优摇振系数，去寻找振幅的最优点。

为实现上述目的，本发明采用了一种摇振装置参数优化方法、装置及存储介质。

以下结合具体实施例对本发明提供的摇振装置参数优化方法的具体实现进行详细描述。

如图1所示，在本发明提供的一个实施例中，一种摇振装置参数优化方法，所述优化方法包括以下步骤：

步骤S101：用描点法找出最优摇振系数SKZ；

步骤S102：获取摇振振幅s和摇振频率n，以设定匀度为参考，对摇振频率n进行PID控制；

步骤S103：采用模糊控制法对PID参数进行补偿；

步骤S104：摇振频率n变化的同时，根据最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，计算出对应摇振装置所需要运行的摇振振幅s；

步骤S105：基于摇振频率n的自动调节以及摇振频率n的自动跟随，使纸张匀度稳定在匀度设定值f。

其中，在本发明实施例提供的步骤S101中，对于数据库的数据，通过描点法，找出不同匀度设定值下对应的最优摇振系数，进而，我们可以根据当前匀度设定值找出对应的最优摇振系数。

进一步的，在本发明实施例提供的步骤S102中，工艺人员根据纸张质量手动设定好摇振振幅s和摇振频率n。

更进一步的，在本发明实施例提供的步骤S103中，投入自动整定参数，对于摇振频率n，在手动设定的基础上，以设定匀度为参考，进行PID控制，由于匀度的迟滞性，所以用模糊控制的方法对PID参数进行补偿。

更进一步的，在本发明实施例中，摇振频率变化的同时，根据步骤S101中找到的最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，我们可以算出对应摇振装置需要运行的振幅s。

具体的，在本发明实施例中，摇振频率变化的同时，根据最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，我们可以利用摇振公式推算出摇振振幅公式为从而算出对应摇振装置需要运行的振幅。

在本发明提供的一些实施例中，所述用描点法找出最优摇振系数SKZ的步骤包括：数据库的数据进行分析，通过描点法建立匀度值与最优摇振系统之间的映射关系；基于所述映射关系确定与当前匀度设定值f对应的最优摇振系数SKZ。

其中，在本发明实施例中，对于数据库的数据分析，采用描点法找出不同匀度设定值下对应的最优摇振系数。进而，我们可以根据当前匀度设定值f找出对应的最优摇振系数SKZ。

在本发明提供的一些实施例中，所述获取摇振振幅s和摇振频率n，以设定匀度为参考，对摇振频率n进行PID控制的步骤包括：将匀度f的设定值r(t)与匀度f的反馈值y(t)之间的差异构成控制偏差e(t)，把偏差按照比例P、积分I和微分D进行线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制；其中，表达式为：式中：e(t)＝r(t)-y(t)代表匀度f的设定值和反馈值的偏差；u(t)为控制输出摇振频率n；KP是比例系数；KI是积分系数；KD是微分系数。

如图2所示，在本发明实施例中，PID控制工作原理：P(比例)环节主要针对系统当前误差进行控制；I(积分)环节则主要针对系统误差的历史进行控制；而D(微分)环节则主要反映系统误差的变化趋势。

在图2中，式中：e(t)是控制器输入函数，即给定量与反馈量的偏差；u(t)是控制器输出函数；Kp是比例系数；TI是积分时间常数；TD是微分时间常数。

在本发明提供的一些实施例中，所述采用模糊控制法对PID参数进行补偿的步骤包括：

以匀度误差e和误差变化ec作为输入；

找出PID三个参数Kp，Ki，Kd与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改。

其中，在本发明实施例中，用模糊控制对PID参数进行补，以匀度误差e和误差变化ec作为输入，可以满足不同时刻的e和ec对PID参数自整定的要求。利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，其结构如图3所示。

进一步的，模糊控制对PID参数的补偿是找出PID三个参数Kp，Ki，Kd与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对3个参数进行在线修改，以满足不同e和ec时对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静态性能。

在本发明提供的一些实施例中，e和ec连续变化的区间范围划分为负大NB、负中NM、负小NS、零ZO、正小PS、正中PM和正大PB七个等级，隶属度函数设置为高斯分布，进行模糊化处理；ΔKp，ΔKi和ΔKd同样按连续变化的区间划分为NB，NM，NS，ZO，PS，PM和PB七个等级，隶属度函数设置为三角形分布。

通过总结工程技术人员的知识和经验，并结合Kp,Ki,Kd三个系数各自不同的特性和作用，获得ΔKp，ΔKi和ΔKd三个输出参数的模糊规则表，各49条规则，全部存入知识库。

其中，在本发明实施例中，ΔKp的模糊规则表如图4所示。

其中，在本发明实施例中，ΔKi的模糊规则表如图5所示。

其中，在本发明实施例中，ΔKd的模糊规则表如图6所示。

进一步的，在本发明提供的一些实施例中，获取输出的模糊值，模糊推理采用最大最小值法，再经清晰化处理后即可得到实际的三个修正值ΔKp，ΔKi和ΔKd，精确化采用重心法，取模糊隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心为模糊推理最终输出值。

进一步的，在本发明提供的一些实施例中，将实际的三个修正值ΔKp，ΔKi和ΔKd输入到PID控制器的变频器与之前的系数Kp，Ki和Kd分别相加，即Kp'＝Kp+ΔKp，Ki'＝Ki+ΔKi，Kd'＝Kd+ΔKd；在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正，其流程如图7所示。

进一步的，在本发明提供的一些实施例中，在所述根据最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，计算出对应摇振装置所需要运行的摇振振幅s的步骤中，利用摇振公式：推算出摇振振幅公式为：/>算出对应摇振装置需要运行的摇振振幅s。

最后，随着摇振频率n的自动调节，加上摇振频率的自动跟随，可以使纸张匀度达到设定值，以此达到摇振频率和振幅自动调节优化的效果。

综上所述，本发明提供的摇振装置参数优化方法，针对某一品种的纸张，某一车速，工艺人员根据纸张质量手动设定好振幅和频率之后，系统按照纸张匀度的设定值，根据用纸张匀度测试仪检测出的匀度反馈值，实时调整摇振装置的频率和振幅，使纸张保持设定的匀度。用手动和自动相结合的方法，不断优化振幅和频率的设定值，保证纸张匀度的稳定，减少工艺人员的手动调整工作。因此，本发明在工艺人员手动设置摇振装置频率和振幅的基础上，增加自动优化频率和振幅参数的算法，可以保持匀度的稳定。

在本发明提供的另一个实施例中，还提供了一种摇振装置参数优化装置，所述优化装置包括一个或多个处理器；和其上存储有指令的一个或多个存储介质，当所述一个或多个处理器执行时，使得优化装置执行如上述所提供的优化方法。

在本发明提供的再一个实施例中，一种存储介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得所述优化装置执行如上述所提供的优化方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种摇振装置参数优化方法，其特征在于，所述优化方法包括以下步骤：

用描点法找出最优摇振系数SKZ；

获取摇振振幅s和摇振频率n，以设定匀度为参考，对摇振频率n进行PID控制；

采用模糊控制法对PID参数进行补偿；

摇振频率n变化的同时，根据最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，计算出对应摇振装置所需要运行的摇振振幅s；

基于摇振频率n的自动调节以及摇振频率n的自动跟随，使纸张匀度稳定在匀度设定值f；

所述用描点法找出最优摇振系数SKZ的步骤包括：

数据库的数据进行分析，通过描点法建立匀度值与最优摇振系统之间的映射关系；

基于所述映射关系确定与当前匀度设定值f对应的最优摇振系数SKZ。

2.根据权利要求1所述的摇振装置参数优化方法，其特征在于，所述获取摇振振幅s和摇振频率n，以设定匀度为参考，对摇振频率n进行PID控制的步骤包括：将匀度f的设定值r(t)与匀度f的反馈值y(t)之间的差异构成控制偏差e(t)，把偏差按照比例P、积分I和微分D进行线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制；

其中，表达式为：

式中：e(t)＝r(t)-y(t)代表匀度f的设定值和反馈值的偏差；u(t)为控制输出摇振频率n；KP是比例系数；KI是积分系数；KD是微分系数。

3.根据权利要求2所述的摇振装置参数优化方法，其特征在于，所述采用模糊控制法对PID参数进行补偿的步骤包括：

以匀度误差e和误差变化ec作为输入；

找出PID三个参数Kp，Ki，Kd与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改。

4.根据权利要求3所述的摇振装置参数优化方法，其特征在于，e和ec连续变化的区间范围划分为负大NB、负中NM、负小NS、零ZO、正小PS、正中PM和正大PB七个等级，隶属度函数设置为高斯分布，进行模糊化处理；ΔKp，ΔKi和ΔKd同样按连续变化的区间划分为NB，NM，NS，ZO，PS，PM和PB七个等级，隶属度函数设置为三角形分布。

5.根据权利要求4所述的摇振装置参数优化方法，其特征在于，获取输出的模糊值，模糊推理采用最大最小值法，再经清晰化处理后即可得到实际的三个修正值ΔKp，ΔKi和ΔKd，精确化采用重心法，取模糊隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心为模糊推理最终输出值。

6.根据权利要求5所述的摇振装置参数优化方法，其特征在于，将实际的三个修正值ΔKp，ΔKi和ΔKd输入到PID控制器的变频器与之前的系数Kp，Ki和Kd分别相加，表达式为：

Kp'＝Kp+ΔKp，Ki'＝Ki+ΔKi，Kd'＝Kd+ΔKd；

在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正。

7.根据权利要求6所述的摇振装置参数优化方法，其特征在于，在所述根据最优摇振系数SKZ，加上摇振频率n以及当前车速v，计算出对应摇振装置所需要运行的摇振振幅s的步骤中，利用摇振公式：推算出摇振振幅公式为：算出对应摇振装置需要运行的摇振振幅s。

8.一种摇振装置参数优化装置，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；和

其上存储有指令的一个或多个存储介质，当所述一个或多个处理器执行时，使得所述优化装置执行如权利要求1-7任一所述的优化方法。

9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执时，执行如权利要求1-7任一所述的优化方法。