CN115542721A - 一种烘丝机出口水分反馈控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烘丝机出口水分反馈控制方法，包括以下步骤：在冷却后水分PID控制器上预设冷却后水分标准值SP1、在烘后水分PID控制器上预设烘后水分标准值SP2；测定冷却后水分实际值PV1，并计算出冷却后水分修正值CV1；测定烘丝机出料振动输送机出口处的烘后水分实际值PV2，并计算出烘后水分修正值CV2；冷却后水分修正值CV1与烘后水分修正值CV2经过水分修正值选取规则计算出水分修正值X，水分修正值X作为最终后馈数据传输给烘丝机以控制烘丝机出口的水分；本发明还公开了一种控制系统，包括烘丝机、冷却风选设备、冷却后水分PID控制器、烘后水分PID控制器以及烘丝机控制单元。本发明的有益效果是：提高了烘丝机水分检测准确性，加快了控制信息反馈速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种烘丝机出口水分反馈控制方法及控制系统，属于卷烟制丝技术领域。
背景技术
卷烟制丝烘丝机普遍采用的工作原理是：一定流量的蒸汽通过筒体薄板内壁，蒸汽在蒸汽道中凝结使热量有效的传导给薄板至烟丝上，同时，风机将环境空气送入蒸汽加热的热交换器产生的热风，流过滚筒期间，通过对流方式将热量传递给烟丝并带走水分，使烟丝达到均匀干燥、均匀加热和填充力均匀的增加，以及恒定的出口水分和温度。
传统的卷烟生产线上，烘丝机出料振动输送机出口处设置一个在线水分仪器，用于测定烘丝机出口处的烘后水分；烘丝机下游设置一个冷却风选设备，在这个冷却风选设备后同样设置一个在线水分仪器，用于测定冷却风选设备出口处的冷却后水分。由于不同的加工工艺和质量需求，不同工厂通常选择使用烘后水分或者冷却后水分的样本值作为后馈数据对烘丝机出口水分进行控制。若采用烘后水分的样本值作为后馈数据对烘丝机出口水分进行控制，尽管可以快速反馈控制烘丝机出口水分，整个调控过程灵敏、反应快速，但存在的问题是水分中心值经常偏离标准值，产生过调、超调现象；若采用冷却后水分的样本值作为后馈数据对烘丝机出口水分进行控制，虽然可以准确反馈控制水分，整个调控结果准确、波动小、不过调，但存在的问题是反馈控制速度慢、调节滞后、调整周期过长等问题。即传统的从样本数据的波动趋势上看，快速反馈控制模式与准确反馈控制模式的波动趋势图形状接近，前者存在较大的扰动，后者存在较大的滞后。
因此，部分工厂作为改进，选择级联反馈控制模式，将冷却后水分PID与烘后水分PID级联，将两者PID模块级联计算后的修正最终值反馈给烘丝机进行水分控制。该种方式调试难度大，两个PID参数需要级联起来同时进行调试，且PID整定参数需要测试多批物料，同时需要根据生产现场的变化不断地修正两个PID模块的参数。经过实践使用后得出，反馈控制模式需要固化烘丝机设备和冷却设备的多个工艺指标、设备参数与整个工段设备的物理加工状态，该控制模式对工厂要求较高，推广难度大。
因此，需要一种全新的富有创新的控制方法实现烘丝机出口物料水分的稳定控制方法及控制系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种适用性广、易于推广的控制方法实现烘丝机出口物料水分的稳定控制方法，以提高水分检测准确性，加快信息反馈速度，改善设备水分控制准确性和稳定性。
本发明所述的一种烘丝机出口水分反馈控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
步骤1、设置冷却后水分PID控制器和烘后水分PID控制器，并在冷却后水分PID控制器上预设冷却后水分标准值SP1、在烘后水分PID控制器上预设烘后水分标准值SP2；
步骤2、测定冷却风选设备出口处的冷却后水分实际值PV1，将冷却后水分实际值PV1传输给冷却后水分PID控制器，并计算出冷却后水分修正值CV1；
式中，(SP1-PV1)的差值为PID的输入偏差，Kp1为该PID模块的比例系数，Ti1为该PID模块的积分时间常数，Td1为该PID模块的微分时间常数。其中
代表连续型PID模块公式输出值。在实际工程化应用过程中，由于计算机编程运算周期与数据趋于离散化，CV1值在PLC程序中的实际计算值会做一些近似算法或者量程转化的算法。公式中的函数f(x)代表在不改变的比例、积分和微分的计算构造的前提下，PLC程序中近似算法与量程转化的算法。函数f(x)将输出值范围控制在区间(0,R)之间，其中R代表某一确定的正实数，确保PID输出CV1值以正数百分比形式控制冷却后水分。式中，CV1initial代表程序中CV1初始值。
测定烘丝机出料振动输送机出口处的烘后水分实际值PV2传输给烘后水分PID控制器，并计算出烘后水分修正值CV2；
式中，(SP2-PV2)的差值为PID的输入偏差，Kp2为该PID模块的比例系数，Ti2为该PID模块的积分时间常数，Td2为该PID模块的微分时间常数。
其中
代表连续型PID模块公式输出值。在实际工程化应用过程中，由于计算机编程运算周期与数据趋于离散化，CV2值在PLC程序中的实际计算值会做一些近似算法或者量程转化的算法。公式中的函数f(x)代表在不改变的比例、积分和微分的计算构造的前提下，PLC程序中近似算法与量程转化的算法。函数f(x)将输出值范围控制在区间(0,R)之间，其中R代表某一确定的正实数，确保PID输出CV2值以正数百分比形式控制筒壁温度。式中，CV2initial代表程序中CV2初始值。
步骤3、冷却后水分修正值CV1与烘后水分修正值CV2经过水分修正值选取规则计算出水分修正值X，水分修正值X作为最终后馈数据传输给烘丝机以控制烘丝机出口的水分。通常水分修正值选取规则以代码编程的形式，在设备的PLC硬件模块中进行计算。其中，水分修正值选取规则如下：
①当冷却后水分实际值PV1、烘后水分实际值PV2稳定时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*a+CV2*b (3)；
式中，CV1为冷却后水分修正值；CV2为烘后水分修正值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；a+b＝1,0≤a≤1,0≤b≤1；
PV1、PV2值稳定的定义为：PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差小于阈值G1，PV1、PV2值数据变化缓慢，将PV1、PV2值样本数据每过一个周期的变化值进行累加，累加10次后，PV1、PV2值数据变化缓慢即为N2个周期的变化值的总和小于阈值G2；
将PV1、PV2值第i个周期样本值定义为Vi，则：
PV1、PV2值样本数据每过一个周期的变化值＝|本周期样本值-上周期样本值|＝|Vi-Vi-1| (4)；
PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差小于阈值G1的公式表达为：
|N1秒内最大值-中心标准值|＜阈值G1 (6)；
|中心标准值-N1秒内最小值|＜阈值G1 (7)；
PV1、PV2值数据变化缓慢的公式表达为：
②当冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2持续N1秒偏离中心值时，采用如下规则：
<1>若只有冷却后水分实际值PV1持续N1秒偏离中心值时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a+y1)+CV2*(b-y1) (9)；
y1＝A1*k1＝(PV1-SP1)*k1 (10)；
式中，CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；k1为校正系数；A1为冷却后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y1为冷却后水分偏离效应对权重系数的修正值；k1为冷却后水分偏离效应校正系数；a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；
若b-y1<0，即(b-y1)的权重小于0，则将y1赋值为b，则b-y1＝b-b＝0,a+y1＝a+b＝1，此时不需要CV2进行反馈，X全由CV1进行反馈，则公式(9)简化为：
X＝CV1 (11)；
<2>若只有烘后水分实际值PV2持续N1秒偏离中心值时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a-y2)+CV2*(b+y2) (12)；
y2＝A2*k2＝(PV2-SP2)*k2 (13)；
式中，a+b＝1,0≤a≤1,0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y2为烘后水分偏离效应对权重系数的修正值；k2为烘后水分偏离效应校正系数；
若a-y2<0，即(a-y2)的权重小于0，则将y2赋值为a，则a-y2＝a-a＝0,b+y2＝a+b＝1，此时不需要CV1进行反馈，X全由CV2进行反馈，则公式(12)简化为：
X＝CV2 (14)；
<3>若冷却后水分实际值PV1和烘后水分实际值PV2同时持续N1秒偏离中心值时，则水分修正值X满足公式(3)：
X＝CV1*a+CV2*b (3)
式中，a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2为烘后水分修正值；
其中，将冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2持续N秒偏离中心值定义为PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差大于或等于阈值G1，公式表达为：
|N1秒内最大值-中心标准值|≥阈值G1 (15)；
或者，
|中心标准值-N1秒内最小值|≥阈值G1 (16)；
③当冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2数据变化过快时且不存在上述①和②情况(持续N1秒偏离中心值的情况)时，采用如下公式：
i若只有冷却后水分实际值PV1数据变化过快时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a-y3)+CV2*(b+y3) (17)；
y3＝A2*k3＝(PV2-SP2)*k3 (18)；
其中a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y3为冷却后水分数据变化过快效应对权重系数的修正值；k3为冷却后水分数据变化过快时校正系数；
若a-y3<0，即(a-y3)的权重小于0，则将y3赋值为a，则a-y3＝a-a＝0,b+y3＝a+b＝1，此时不需要CV1进行反馈，X全由CV2进行反馈，则公式(17)简化为：
X＝CV2 (14)
ii若只有烘后水分实际值PV2数据变化过快时，则：
X＝CV1*(a+y4)+CV2*(b-y4) (19)；
y4＝A1*k4＝(PV1-SP1)*k4 (20)；
其中a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y4为烘后水分数据变化过快效应对权重系数的修正值；k4为烘后水分数据变化过快时校正系数；
若b-y4<0，即(b-y4)的权重小于0，则将y4赋值为b，则b-y4＝b-b＝0,a+y4＝a+b＝1，此时不需要CV2进行反馈，X全由CV1进行反馈，则公式(19)简化为：
X＝CV1 (11)；
ⅲ当冷却后水分实际值PV1和烘后水分实际值PV2同时数据变化过快时，则：
X＝CV1 (11)；
其中，冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2数据变化过快定义为N2个周期的变化值的总和大于或者等于阈值G2，公式表达为：
本发明所述的一种控制系统，其特征在于：包括烘丝机、冷却风选设备、冷却后水分PID控制器、烘后水分PID控制器以及烘丝机控制单元；
所述的烘丝机的进口连接回潮机的出口，烘丝机的出料振动输送机出口处配装有烘后水分仪，用于测定烘丝机出料振动输送机出口处的烘后水分；
所述的冷却风选设备设置在烘丝机的下游，冷却风选设备的进口与烘丝机的出口相连接、冷却风选设备的出口接入烟丝生产线的后工序，冷却风选设备的出口处配装有冷却后水分仪，用于测定冷却风选设备出口处的冷却后水分；
冷却后水分PID控制器与冷却后水分仪、烘丝机控制单元相连接，冷却后水分PID控制器将作为过程值的冷却后水分实际值PV1与作为设定值的冷却后水分标准值SP1进行计算，并将计算得到的冷却后水分修正值CV1传输给烘丝机控制单元；
烘后水分PID控制器与烘后水分仪、烘丝机控制单元相连，烘后水分PID控制器将作为过程值的烘后水分实际值PV2与作为设定值的烘后水分标准值SP1进行计算，并将计算得到的烘后水分修正值CV2传输给烘丝机控制单元；
烘丝机控制单元与冷却后水分PID控制器、烘后水分PID控制器以及烘丝机相连接，用于将冷却后水分修正值CV1和烘后水分修正值CV2经过水分修正值选取规则计算出水分修正值X，水分修正值X作为最终后馈数据传输给烘丝机，以控制烘丝机出口处的水分。
本发明的有益效果是：
1)本复杂控制方法定义的公式、参数以百分比权重形式赋值化地将上述两者进行规则化的结合，将快速反馈控制模式与准确反馈控制模式进行结合并改良，消除了扰动性和滞后性，使得烘丝机出口水分反馈值尽可能地接近理论最优值，提高了烘丝机水分检测准确性，加快了控制信息反馈速度；
2)本发明控制方法定义了烘后水分、冷却后水分偏离中心值以及数据变化过快两种控制形态的数学公式，并针对每一种情况赋予了不同的控制规则与反馈数据的计算公式，使得本发明的适用性更强；
3)本发明涉及的两个PID控制器相关参数之间无需联动协同调试，仅需孤立单闭环反馈调试即可确定；本发明涉及水分修正值相关公式的参数属于线性属性参数，确立相关参数的方法多样且简单，因此本发明方法参数易于调试、推广。
附图说明
图1是本发明的控制方法简图；
图2是本发明的水分修正值选取规则。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。
本发明所述的一种烘丝机出口水分反馈控制方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤1、设置冷却后水分PID控制器和烘后水分PID控制器，并在冷却后水分PID控制器上预设冷却后水分标准值SP1、在烘后水分PID控制器上预设烘后水分标准值SP2；
步骤2、测定冷却风选设备出口处的冷却后水分实际值PV1，将冷却后水分实际值PV1传输给冷却后水分PID控制器，并计算出冷却后水分修正值CV1；
式中，(SP1-PV1)的差值为PID的输入偏差，Kp1为该PID模块的比例系数，Ti1为该PID模块的积分时间常数，Td1为该PID模块的微分时间常数。其中
代表连续型PID模块公式输出值。在实际工程化应用过程中，由于计算机编程运算周期与数据趋于离散化，CV1值在PLC程序中的实际计算值会做一些近似算法或者量程转化的算法。公式中的函数f(x)代表在不改变的比例、积分和微分的计算构造的前提下，PLC程序中近似算法与量程转化的算法。函数f(x)将输出值范围控制在区间(0,R)之间，其中R代表某一确定的正实数，确保PID输出CV1值以正数百分比形式控制冷却后水分。式中，CV1initial代表程序中CV1初始值。
测定烘丝机出料振动输送机出口处的烘后水分实际值PV2传输给烘后水分PID控制器，并计算出烘后水分修正值CV2；
式中，(SP2-PV2)的差值为PID的输入偏差，Kp2为该PID模块的比例系数，Ti2为该PID模块的积分时间常数，Td2为该PID模块的微分时间常数。其中
代表连续型PID模块公式输出值。在实际工程化应用过程中，由于计算机编程运算周期与数据趋于离散化，CV2值在PLC程序中的实际计算值会做一些近似算法或者量程转化的算法。公式中的函数f(x)代表在不改变的比例、积分和微分的计算构造的前提下，PLC程序中近似算法与量程转化的算法。函数f(x)将输出值范围控制在区间(0,R)之间，其中R代表某一确定的正实数，确保PID输出CV2值以正数百分比形式控制筒壁温度。式中，CV2initial代表程序中CV2初始值。
步骤3、冷却后水分修正值CV1与烘后水分修正值CV2经过水分修正值选取规则计算出水分修正值X，水分修正值X作为最终后馈数据传输给烘丝机以控制烘丝机出口的水分。通常水分修正值选取规则以代码编程的形式，在设备的PLC硬件模块中进行计算。其中，水分修正值选取规则如下：
①当冷却后水分实际值PV1、烘后水分实际值PV2稳定时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*a+CV2*b (3)；
式中，CV1为冷却后水分修正值；CV2为烘后水分修正值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；a+b＝1,0≤a≤1,0≤b≤1；
PV1、PV2值稳定的定义为：PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差小于阈值G1，PV1、PV2值数据变化缓慢，将PV1、PV2值样本数据每过一个周期的变化值进行累加，累加10次后，PV1、PV2值数据变化缓慢即为N2个周期的变化值的总和小于阈值G2；
将PV1、PV2值第i个周期样本值定义为Vi，则：
PV1、PV2值样本数据每过一个周期的变化值＝|本周期样本值-上周期样本值|＝|Vi-Vi-1| (4)；
PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差小于阈值G1的公式表达为：
|N1秒内最大值-中心标准值|＜阈值G1 (6)；
|中心标准值-N1秒内最小值|＜阈值G1 (7)；
PV1、PV2值数据变化缓慢的公式表达为：
②当冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2持续N1秒偏离中心值时，采用如下规则：
<1>若只有冷却后水分实际值PV1持续N1秒偏离中心值时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a+y1)+CV2*(b-y1) (9)；
y1＝A1*k1＝(PV1-SP1)*k1 (10)；
式中，CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；k1为校正系数；A1为冷却后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y1为冷却后水分偏离效应对权重系数的修正值；k1为冷却后水分偏离效应校正系数；a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；
若b-y1<0，即(b-y1)的权重小于0，则将y1赋值为b，则b-y1＝b-b＝0,a+y1＝a+b＝1，此时不需要CV2进行反馈，X全由CV1进行反馈，则公式(9)简化为：
X＝CV1 (11)；
<2>若只有烘后水分实际值PV2持续N1秒偏离中心值时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a-y2)+CV2*(b+y2) (12)；
y2＝A2*k2＝(PV2-SP2)*k2 (13)；
式中，a+b＝1,0≤a≤1,0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y2为烘后水分偏离效应对权重系数的修正值；k2为烘后水分偏离效应校正系数；
若a-y2<0，即(a-y2)的权重小于0，则将y2赋值为a，则a-y2＝a-a＝0,b+y2＝a+b＝1，此时不需要CV1进行反馈，X全由CV2进行反馈，则公式(12)简化为：
X＝CV2 (14)；
<3>若冷却后水分实际值PV1和烘后水分实际值PV2同时持续N1秒偏离中心值时，则水分修正值X满足公式(1)：
X＝CV1*a+CV2*b (3)
式中，a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2为烘后水分修正值；
其中，将冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2持续N秒偏离中心值定义为PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差大于或等于阈值G1，公式表达为：
|N1秒内最大值-中心标准值|≥阈值G1 (15)；
或者，
|中心标准值-N1秒内最小值|≥阈值G1 (16)；
③当冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2数据变化过快时且不存在上述①和②情况(持续N1秒偏离中心值的情况)时，采用如下公式：
i若只有冷却后水分实际值PV1数据变化过快时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a-y3)+CV2*(b+y3) (17)；
y3＝A2*k3＝(PV2-SP2)*k3 (18)；
其中a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y3为冷却后水分数据变化过快效应对权重系数的修正值；k3为冷却后水分数据变化过快时校正系数；
若a-y3<0，即(a-y3)的权重小于0，则将y3赋值为a，则a-y3＝a-a＝0,b+y3＝a+b＝1，此时不需要CV1进行反馈，X全由CV2进行反馈，则公式(17)简化为：
X＝CV2 (14)
ii若只有烘后水分实际值PV2数据变化过快时，则：
X＝CV1*(a+y4)+CV2*(b-y4) (19)；
y4＝A1*k4＝(PV1-SP1)*k4 (20)；
其中a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y4为烘后水分数据变化过快效应对权重系数的修正值；k4为烘后水分数据变化过快时校正系数；
若b-y4<0，即(b-y4)的权重小于0，则将y4赋值为b，则b-y4＝b-b＝0,a+y4＝a+b＝1，此时不需要CV2进行反馈，X全由CV1进行反馈，则公式(19)简化为：
X＝CV1 (11)；
ⅲ当冷却后水分实际值PV1和烘后水分实际值PV2同时数据变化过快时，则：
X＝CV1 (11)；
其中，冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2数据变化过快定义为N2个周期的变化值的总和大于或者等于阈值G2，公式表达为：
本发明所述的一种控制系统，包括烘丝机1、冷却风选设备2、冷却后水分PID控制器3、烘后水分PID控制器4以及烘丝机控制单元5；
所述的烘丝机1的进口连接回潮机的出口，烘丝机的出料振动输送机出口处配装有烘后水分仪6，用于测定烘丝机出料振动输送机出口处的烘后水分；
所述的冷却风选设备2设置在烘丝机1的下游，冷却风选设备2的进口与烘丝机1的出口相连接、冷却风选设备2的出口接入烟丝生产线的后工序8，冷却风选设备2的出口处配装有冷却后水分仪7，用于测定冷却风选设备出口处的冷却后水分；
冷却后水分PID控制器3与冷却后水分仪7、烘丝机控制单元5相连接，冷却后水分PID控制器3将作为过程值的冷却后水分实际值PV1与作为设定值的冷却后水分标准值SP1进行计算，并将计算得到的冷却后水分修正值CV1传输给烘丝机控制单元5；
烘后水分PID控制器4与烘后水分仪6、烘丝机控制单元5相连，烘后水分PID控制器4将作为过程值的烘后水分实际值PV2与作为设定值的烘后水分标准值SP1进行计算，并将计算得到的烘后水分修正值CV2传输给烘丝机控制单元5；
烘丝机控制单元5与冷却后水分PID控制器3、烘后水分PID控制器4以及烘丝机1相连接，用于将冷却后水分修正值CV1和烘后水分修正值CV2经过水分修正值选取规则计算出水分修正值X，水分修正值X作为最终后馈数据传输给烘丝机1，以控制烘丝机出口处的水分。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (2)
1.一种烘丝机出口水分反馈控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
步骤1、设置冷却后水分PID控制器和烘后水分PID控制器，并在冷却后水分PID控制器上预设冷却后水分标准值SP1、在烘后水分PID控制器上预设烘后水分标准值SP2；
步骤2、测定冷却风选设备出口处的冷却后水分实际值PV1，将冷却后水分实际值PV1传输给冷却后水分PID控制器，并计算出冷却后水分修正值CV1：
式中，(SP1-PV1)的差值为PID的输入偏差，Kp1为该PID模块的比例系数，Ti1为该PID模块的积分时间常数，Td1为该PID模块的微分时间常数；其中
代表连续型PID模块公式输出值；CV1initial代表程序中CV1初始值；
测定烘丝机出料振动输送机出口处的烘后水分实际值PV2传输给烘后水分PID控制器，并计算出烘后水分修正值CV2：
式中，(SP2-PV2)的差值为PID的输入偏差，Kp2为该PID模块的比例系数，Ti2为该PID模块的积分时间常数，Td2为该PID模块的微分时间常数；
步骤3、冷却后水分修正值CV1与烘后水分修正值CV2经过水分修正值选取规则计算出水分修正值X，水分修正值X作为最终后馈数据传输给烘丝机以控制烘丝机出口的水分，其中，水分修正值选取规则如下：
①当冷却后水分实际值PV1、烘后水分实际值PV2稳定时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*a+CV2*b (3)；
式中，CV1为冷却后水分修正值；CV2为烘后水分修正值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；a+b＝1,0≤a≤1,0≤b≤1；
PV1、PV2值稳定的定义为：PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差小于阈值G1，PV1、PV2值数据变化缓慢，将PV1、PV2值样本数据每过一个周期的变化值进行累加，累加10次后，PV1、PV2值数据变化缓慢即为N2个周期的变化值的总和小于阈值G2；
将PV1、PV2值第i个周期样本值定义为Vi，则：
PV1、PV2值样本数据每过一个周期的变化值＝|本周期样本值-上周期样本值|＝|Vi-Vi-1| (4)；
PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差小于阈值G1的公式表达为：
|N1秒内最大值-中心标准值|＜阈值G1 (6)；
|中心标准值-N1秒内最小值|＜阈值G1 (7)；
PV1、PV2值数据变化缓慢的公式表达为：
②当冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2持续N1秒偏离中心值时，采用如下规则：
<1>若只有冷却后水分实际值PV1持续N1秒偏离中心值时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a+y1)+CV2*(b-y1) (9)；
y1＝A1*k1＝(PV1-SP1)*k1 (10)；
式中，CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；k1为校正系数；A1为冷却后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y1为冷却后水分偏离效应对权重系数的修正值；k1为冷却后水分偏离效应校正系数；a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；
若b-y1<0，即(b-y1)的权重小于0，则将y1赋值为b，则b-y1＝b-b＝0,a+y1＝a+b＝1，此时不需要CV2进行反馈，X全由CV1进行反馈，则公式(9)简化为：
X＝CV1 (11)；
<2>若只有烘后水分实际值PV2持续N1秒偏离中心值时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a-y2)+CV2*(b+y2) (12)；
y2＝A2*k2＝(PV2-SP2)*k2 (13)；
式中，a+b＝1,0≤a≤1,0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y2为烘后水分偏离效应对权重系数的修正值；k2为烘后水分偏离效应校正系数；
若a-y2<0，即(a-y2)的权重小于0，则将y2赋值为a，则a-y2＝a-a＝0,b+y2＝a+b＝1，此时不需要CV1进行反馈，X全由CV2进行反馈，则公式(12)简化为：
X＝CV2 (14)；
<3>若冷却后水分实际值PV1和烘后水分实际值PV2同时持续N1秒偏离中心值时，则水分修正值X满足公式(3)：
X＝CV1*a+CV2*b (3)
式中，a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2为烘后水分修正值；
其中，将冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2持续N秒偏离中心值定义为PV1、PV2值持续N1秒偏离中心标准值偏差大于或等于阈值G1，公式表达为：
|N1秒内最大值-中心标准值|≥阈值G1 (15)；
或者，
|中心标准值-N1秒内最小值|≥阈值G1 (16)；
③当冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2数据变化过快时且不存在上述①和②情况(持续N1秒偏离中心值的情况)时，采用如下公式：
i若只有冷却后水分实际值PV1数据变化过快时，水分修正值X满足以下公式：
X＝CV1*(a-y3)+CV2*(b+y3) (17)；
y3＝A2*k3＝(PV2-SP2)*k3 (18)；
其中a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y3为冷却后水分数据变化过快效应对权重系数的修正值；k3为冷却后水分数据变化过快时校正系数；
若a-y3<0，即(a-y3)的权重小于0，则将y3赋值为a，则a-y3＝a-a＝0,b+y3＝a+b＝1，此时不需要CV1进行反馈，X全由CV2进行反馈，则公式(17)简化为：
X＝CV2 (14)
ii若只有烘后水分实际值PV2数据变化过快时，则：
X＝CV1*(a+y4)+CV2*(b-y4) (19)；
y4＝A1*k4＝(PV1-SP1)*k4 (20)；
其中a+b＝1，0≤a≤1，0≤b≤1；CV1为冷却后水分修正值；CV2烘后水分修正值；A2为烘后水分偏离值；a为冷却后水分参与反馈的权重系数；b为烘后水分参与反馈的权重；y4为烘后水分数据变化过快效应对权重系数的修正值；k4为烘后水分数据变化过快时校正系数；
若b-y4<0，即(b-y4)的权重小于0，则将y4赋值为b，则b-y4＝b-b＝0,a+y4＝a+b＝1，此时不需要CV2进行反馈，X全由CV1进行反馈，则公式(19)简化为：
X＝CV1 (11)；
ⅲ当冷却后水分实际值PV1和烘后水分实际值PV2同时数据变化过快时，则：
X＝CV1 (11)；
其中，冷却后水分实际值PV1或烘后水分实际值PV2数据变化过快定义为N2个周期的变化值的总和大于或者等于阈值G2，公式表达为：
2.一种控制系统，其特征在于：包括烘丝机、冷却风选设备、冷却后水分PID控制器、烘后水分PID控制器以及烘丝机控制单元；
所述的烘丝机的进口连接回潮机的出口，烘丝机的出料振动输送机出口处配装有烘后水分仪，用于测定烘丝机出料振动输送机出口处的烘后水分；
所述的冷却风选设备设置在烘丝机的下游，冷却风选设备的进口与烘丝机的出口相连接、冷却风选设备的出口接入烟丝生产线的后工序，冷却风选设备的出口处配装有冷却后水分仪，用于测定冷却风选设备出口处的冷却后水分；
冷却后水分PID控制器与冷却后水分仪、烘丝机控制单元相连接，冷却后水分PID控制器将作为过程值的冷却后水分实际值PV1与作为设定值的冷却后水分标准值SP1进行计算，并将计算得到的冷却后水分修正值CV1传输给烘丝机控制单元；
烘后水分PID控制器与烘后水分仪、烘丝机控制单元相连，烘后水分PID控制器将作为过程值的烘后水分实际值PV2与作为设定值的烘后水分标准值SP1进行计算，并将计算得到的烘后水分修正值CV2传输给烘丝机控制单元；
烘丝机控制单元与冷却后水分PID控制器、烘后水分PID控制器以及烘丝机相连接，用于将冷却后水分修正值CV1和烘后水分修正值CV2经过水分修正值选取规则计算出水分修正值X，水分修正值X作为最终后馈数据传输给烘丝机，以控制烘丝机出口处的水分。
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| CN112666824A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-16 | 安徽中烟工业有限责任公司 | 基于串级pid的颗粒水分智能控制系统及其控制方法 |
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| 郭奔 等: "级联型PID系统在加料含水率控制上的应用", 烟草科技, 31 December 2011 (2011-12-31) * |
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