CN116540802A - 一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，属于卷烟制丝技术领域，包括在润叶机满足生产条件时进入生产阶段；在生产阶段中对润叶机进行温度控制，以公式化的形式定义润叶机温度控制的稳定阶段；当润叶机温度控制进入稳定阶段时，将非线性时变的系统近似为线性化的定常系统，获取制丝润叶机物料温度控制模型。本发明解决了现有技术中润叶过程中的温度控制较为复杂，基于改进控制模型为目的而采取的控制策略缺乏精确数学模型的问题。本方法具有较好的可实现性和很高的准确性，同时由于模型简单且参数较少，后期易于修改参数再次对模型进行修正，有效地提高特定生产状态下物料温度控制的稳定性、准确性和快速性。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟制丝技术领域，尤其涉及一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法。
背景技术
由于润叶增湿过程具有较强的非线形、不确定性和大滞后性，再加上烟叶本身的特殊性质，因而使得润叶过程的温度控制变得十分复杂。从本质上讲，制丝润叶机物料温度控制属于非线性时变的系统，在某些生产过程较为稳定的阶段可近似认定为线性定常系统。而基于改进控制模型为目的而采取的时滞Smith控制、模糊控制、神经网络、自适应控制和预测控制等控制策略，往往需要精确的数学模型。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，解决现有技术中润叶过程中的温度控制较为复杂，基于改进控制模型为目的而采取的控制策略缺乏精确数学模型的问题，在生产过程较为稳定的阶段可近似出精确数学模型的性质和参数，由此获得制丝润叶机物料温度控制模型的稳定性、稳定裕度、准确性和时域快速响应特性，以便对精确数学模型进行进一步的改进和修正。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，包括：
在润叶机满足生产条件时进入生产阶段；
在生产阶段中对润叶机进行温度控制，以公式化的形式定义润叶机温度控制的稳定阶段；
当润叶机温度控制进入稳定阶段时，将非线性时变的系统近似为线性化的定常系统，获取制丝润叶机物料温度控制模型。
进一步的，所述在生产阶段中对润叶机进行温度控制，包括：
采用PID控制模块控制润叶机热源控制回路中的热风温度、工艺直喷蒸汽、加水回路和排潮负压；
将PID控制模块中的设定值SP定义为生产阶段中热源控制回路的预置设定值，所述预置设定值包括设备参数和/或配方参数。
进一步的，所述在生产阶段中对润叶机进行温度控制，还包括：
当出口温度传感器检测到出口有物料温度数值时，将热风温度作为主要热源控制回路；所述热风温度用于控制出口物料温度；
取消热风控制控制回路的预置设定值，将出口的物料温度数值通过经过特定公式的换算反馈给热风温度PID控制回路的设定值SP，进行闭环控制。
进一步的，所述润叶机温度控制的稳定阶段的定义，包括：
润叶机相应的热源控制回路中的热风温度1#PID回路和工艺直喷蒸汽2#PID回路进入温度控制稳定状态；
其中，持续时长超过time1的时间内的热风温度1#PID回路的设定值SP1减去实际值PV1的差值的绝对值低于阈值TV1；
持续时长超过time2的时间内的工艺直喷蒸汽2#PID回路的设定值SP2减去实际值PV2的差值的绝对值低于阈值TV2；持续时长超过time2的时间内的工艺直喷蒸汽2#PID回路的输出值CV2低于阈值TV4。
进一步的，所述润叶机温度控制的稳定阶段的定义公式，包括：
针对热风温度1#PID回路，且持续时长超过time1：
|SP1-PV1|＜TV1；
式中，PV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度的实际值，SP1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度的设定值，TV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的阈值；
针对工艺直喷蒸汽2#PID回路，且持续时长超过time1：
|SP2-PV2|＜TV2；
式中，PV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽的实际值，SP2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽的设定值，TV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的阈值。
进一步的，所述润叶机水分控制的稳定阶段的定义，还包括：
保持热风温度控制薄膜阀开度与直喷蒸汽控制薄膜阀开度相对稳定；保持加水量和排潮负压相对稳定；
所述热风温度控制薄膜阀开度相对稳定包括热风温度1#PID回路的输出值CV1保持低于阈值TV3，所述直喷蒸汽控制薄膜阀开度相对稳定包括工艺直喷蒸汽2#PID回路的输出值CV2保持低于阈值TV4；
所述保持加水量和排潮负压相对稳定包括加水控制3#PID回路和排潮负压4#PID回路进入温度稳定状态；
其中，持续时长超过time3的时间内的加水控制3#PID回路的设定值SP3减去实际值PV3的差值的绝对值保持低于阈值TV5；持续时长超过time3的时间内的排潮负压4#PID回路的设定值SP4减去实际值PV4的差值的绝对值保持低于阈值TV6；
所述保持加水量和排潮负压相对稳定还包括加水控制回路控制泵体转速相对稳定和排潮负压阀门开度相对稳定；
其中，持续时长超过time4的时间内的加水控制3#PID回路的输出值CV3保持低于阈值TV7；持续时长超过time4的时间内的排潮负压4#PID回路的输出值CV4保持低于阈值TV8。
进一步的，所述润叶机水分控制的稳定阶段的定义公式，还包括：
针对热风温度1#PID回路，且持续时长超过time2，
CV1＜TV3；
式中，CV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的输出值，TV3为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的阈值；
针对工艺直喷蒸汽2#PID回路，且持续时长超过time2，
CV2＜TV4；
式中，CV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的输出值，TV4为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的阈值；
针对加水控制3#PID回路，且持续时长超过time3，
|SP3-PV3|＜TV5；
式中，SP3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的设定值，PV3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的实际值，TV5为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的阈值；
针对排潮负压4#PID回路，且持续时长超过time3，
|SP4-PV4|＜TV6；
式中，SP4为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的设定值，PV4为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的实际值，TV6为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的阈值；
针对加水控制3#PID回路，且持续时长超过time4，
CV3＜TV7；
式中，CV3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的输出值，TV7为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的阈值；
针对排潮负压4#PID回路，且持续时长超过time4，
CV4＜TV8；
式中，CV4为润叶机水分控制稳定阶段的排潮负压4#PID的输出值，TV8为润叶机水分控制稳定阶段的排潮负压4#PID的阈值。
进一步的，所述润叶机温度控制的稳定阶段的定义，还包括：
保持润叶机出口物料温度和润叶机出口物料水分处于稳定受控状态；所述保持润叶机出口物料温度和润叶机出口物料水分处于稳定受控状态包括出口物料温度的实际值Vtempreal与被控要求值Vtempset的差值的绝对值保持低于阈值TV9，且持续时长超过time5；出口物料水分的实际值Vmosreal与被控要求值Vmosset的差值的绝对值保持低于阈值TV10，且持续时长超过time5。
进一步的，所述润叶机温度控制的稳定阶段的定义公式，还包括：
|Vtempreal-Vtempset|＜TV9，且持续时长超过time5；
|Vmosreal-Vmosset|＜TV10，且持续时长超过time5；
式中，Vtempreal为出口物料温度的实际值，Vtempset为出口物料温度的被控要求值，Vmosreal为出口物料水分的实际值，Vmosset为出口物料水分的被控要求值。
进一步的，所述制丝润叶机物料水分控制模型的获取方法包括：
对热风温度控制PID回路的输出薄膜阀开度值给定一个固定增量值，并模拟成一个稳定的阶跃信号；
记录出口物料温度的实际值随着时间t变化的数据，并利用计算机算法拟合成曲线；
通过所述曲线反向计算出一阶加滞后的控制模型传递函数中的参数值，求得近似的一阶滞后的模型，所述近似的一阶滞后的模型即为制丝润叶机物料温度控制模型；
所述制丝润叶机物料温度控制模型为：
式中，K为静态放大系数，Ts为时间常数，τ为模型滞后时间，s为拉普拉斯变换因子，Φ(s)为制丝润叶机物料温度控制模型的传递函数；
其中，
式中，y(∞)为阶跃相应曲线的稳态值，f(t)为时间特性函数y(t)与阶跃相应曲线的稳态值y(∞)的比值，A为阶跃扰动增量值，t1和t2为函数f(t)曲线上选取的两个不同的时间变量，T为时间常数。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明公开了一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，以公式化的形式定义了润叶机温度控制稳定阶段，有效地识别出了可近似为线性化的定常系统的阶段和利用场景，获得了稳定生产阶段的制丝润叶机物料温度控制的精确数学模型，具有较好的可实现性，行业上可与实物试车同时进行，不额外浪费烟草物料资源，具有很高的准确性。同时由于模型简单且参数较少，后期易于修改参数再次对模型进行修正，有效地提高特定生产状态下物料温度控制的稳定性、准确性和快速性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法流程图；
图2是本发明实施例一提供的一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型中的润叶机温度控制常规阶段示意图；
图3是本发明实施例一提供的一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型中的润叶机温度控制稳定阶段示意图；
图4是本发明实施例一提供的一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型中的近似的单回路过程控制示意图；
图5是本发明实施例一提供的一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型中的阶跃信号示意图；
图6是本发明实施例一提供的一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型中的构建函数f(t)的阶跃相应曲线示意图。
具体实施方式
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符"/"，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图1～图6所示，本实施例提供了一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，包括如下步骤：
步骤一：在润叶机满足生产条件时进入生产阶段；
首先，判断松散润叶机是否开始生产，如是则往下执行，如否则继续返回等待直至满足生产条件。在松散润叶机满足生产条件时进入生产阶段。
步骤二：在生产阶段中对润叶机进行温度控制，以公式化的形式定义润叶机温度控制的稳定阶段；
对润叶机相应的热源控制回路中的热风温度和工艺直喷蒸汽采用单闭环负反馈PID(比例积分微分控制器)进行控制，润叶机中对出口物料温度有间接影响的加水回路和排潮负压也采用单闭环负反馈PID进行控制。将各个PID控制模块中的设定值SP定义为生产阶段各控制回路的预置设定值(设备参数或配方参数)，如图2所示。整个生产过程以相对稳定的反馈方式进行，待出口温度传感器检测到出口有物料温度数值时，锁定影响出口物料温度的热风温度为主要热源控制回路，取消热风控制PID回路的预置设定值，将出口物料温度值经过特定公式的换算反馈给热风温度PID控制回路的SP值进行闭环控制，如图3所示。
然后，等待润叶机温度控制进入稳定阶段。在本方法中，润叶机温度控制稳定阶段的定义为：润叶机相应的热源控制回路中的热风温度1#PID回路和工艺直喷蒸汽2#PID回路进入温度控制稳定状态。
需要说明的是，在本阶段，定义阈值TV1～TV10，阈值TV1～TV10是分别用于判断设备是否进入润叶机温度控制稳定阶段的值域比较型参数，由用户根据调试经验设定。其中，阈值TV1和TV3对应1#PID回路，阈值TV2和TV4对应2#PID回路，阈值TV5和TV7对应3#PID回路，阈值TV6和TV8对应4#PID回路，阈值TV9和TV10对应出口水分相关值。
定义时长参数time1～time5，时长参数time1～time5是分别用于判断设备是否进入润叶机温度控制稳定阶段的时间长度比较型参数，由用户根据调试经验设定。其中，time1对应1#PID回路和2#PID回路的偏差值持续时间，time2对应1#PID回路和2#PID回路的CV值，time3对应3#PID回路和4#PID回路的偏差值持续时间，time4对应3#PID回路和4#PID回路的CV值，time5对应出口水分相关值。
其中，持续时长超过time1的时间内的热风温度1#PID回路的设定值SP1减去实际值PV1的差值的绝对值保持低于阈值TV1，并持续相应的一段时间，且持续时长超过time1的时间内的工艺直喷蒸汽2#PID回路的设定值SP2减去实际值PV2的差值的绝对值保持低于阈值TV2，并持续相应的一段时间。
基于数学公式的描述为：
针对热风温度1#PID回路，且持续时长超过time1：
|SP1-PV1|＜TV1；
式中，PV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度的实际值，SP1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度的设定值，TV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的阈值。
针对工艺直喷蒸汽2#PID回路，且持续时长超过time1：
|SP2-PV2|＜TV2；
式中，PV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽的实际值，SP2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽的设定值，TV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的阈值。
同时，稳定阶段还需要满足：保持热风温度控制薄膜阀开度与直喷蒸汽控制薄膜阀开度相对稳定；保持加水量和排潮负压相对稳定。
所述热风温度控制薄膜阀开度相对稳定包括热风温度1#PID回路的输出值CV1保持低于阈值TV3，所述直喷蒸汽控制薄膜阀开度相对稳定包括工艺直喷蒸汽2#PID回路的输出值CV2保持低于阈值TV4；
所述保持加水量和排潮负压相对稳定包括加水控制3#PID回路和排潮负压4#PID回路进入温度稳定状态；
基于数学公式的描述为：
针对热风温度1#PID回路，且持续时长超过time2，
CV1＜TV3；
式中，CV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的输出值；TV3为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的阈值；
针对工艺直喷蒸汽2#PID回路，且持续时长超过time2，
CV2＜TV4；
式中，CV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的输出值；TV4为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的阈值；
另外，润叶机中对出口物料温度有间接影响的加水量和排潮负压也需要满足稳定条件，即：加水控制回路3#PID回路和排潮负压4#PID回路进入温度稳定控制状态。其中，持续时长超过time3的时间内的加水控制回路3#PID回路的设定值SP3减去实际值PV3的差值的绝对值保持低于阈值TV5并持续相应的一段时间。同理，持续时长超过time3的时间内的排潮负压4#PID回路的设定值SP4减去实际值PV4的差值的绝对值保持低于阈值TV6并持续相应的一段时间。
基于数学公式的描述为：
针对加水控制3#PID回路，且持续时长超过time3，
|SP3-PV3|＜TV5；
式中，SP3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的设定值；PV3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的实际值；TV5为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的阈值。
针对排潮负压4#PID回路，且持续时长超过time3，
|SP4-PV4|＜TV6；
式中，SP4为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的设定值；PV4为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的实际值；TV6为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的阈值。
稳定阶段还需要满足：持续时长超过time4的时间内的加水控制3#PID回路的输出值CV3保持低于阈值TV7，并持续相应的一段时间，代表加水控制回路控制泵体转速相对稳定；持续时长超过time4的时间内的排潮负压4#PID回路的输出值CV4保持低于阈值TV8，并持续相应的一段时间，代表排潮负压阀门开度相对稳定。
基于数学公式的描述为：
针对加水控制3#PID回路，且持续时长超过time4，
CV3＜TV7；
式中，CV3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的输出值；TV7为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的阈值。
针对排潮负压4#PID回路，且持续时长超过time4，
CV4＜TV8；
式中，CV4为润叶机水分控制稳定阶段的排潮负压4#PID的输出值，TV8为润叶机水分控制稳定阶段的排潮负压4#PID的阈值。
除此之外，稳定阶段还需要满足：润叶机出口物料温度和水分均处于稳定受控且小波动的状态。要求出口物料温度的实际值Vtempreal与被控要求值Vtempset的差值的绝对值保持低于阈值TV9，且持续时长超过time5；出口物料水分的实际值Vmosreal与被控要求值Vmosset的差值的绝对值保持低于阈值TV10，且持续时长超过time5。
基于数学公式的描述为：
|VtemPreal-Vtempset|＜TV9，且持续时长超过time5；
|Vmosreal-Vmosset|＜TV10，且持续时长超过time5；
式中，Vtempreal为出口物料温度的实际值，Vtempset为出口物料温度的被控要求值，Vmosreal为出口物料水分的实际值，Vmosset为出口物料水分的被控要求值。
同时满足上述所有条件与数学公式，才定义为润叶机温度控制稳定阶段。
步骤三：当润叶机温度控制进入稳定阶段时，将非线性时变的系统近似为线性化的定常系统，获取制丝润叶机物料温度控制模型。
只有进入润叶机温度控制稳定阶段，才能将非线性时变的系统近似为线性化的定常系统，才能通过复杂方法获取温度控制稳定阶段的线性化的精确控制模型，即制丝润叶机物料温度控制模型。
由于在前述步骤中，已将热风温度1#PID回路作为出口物料温度控制的唯一反馈控制通路，将出口物料温度值直接反馈给热风温度PID控制回路的设定值SP值。热风温度PID输出控制的薄膜阀将直接控制出口物料温度的高低。此时，整个润叶机出口物料温度控制简化为单一的过程控制，如框图4所示。由于热风温度1#PID回路的输出控制出口物料温度的变化是不振荡、单调的、有滞后(时延)和惯性的，且具有自平衡能力，属于自恒过程。同时，基于对于热风温度薄膜阀输出阶跃特性曲线，出口物料温度呈现阶跃相应曲线的形状与特性考虑，该控制过程可近似作为一阶滞后的模型进行精确获取与准确验证。
自动控制原理中，一阶加滞后的控制模型传递函数为：
式中，K为静态放大系数，Ts为时间常数，τ为模型滞后时间，s为拉普拉斯变换因子，Φ(s)为制丝润叶机物料温度控制模型的传递函数。
进行拉普拉斯逆变换后，在阶跃扰动量A的作用下，其时间特性函数为：
式中，y(t)为时间特性函数，t为时间。
其函数曲线大致形状如图5所示。
本发明方法通过给热风温度控制PID回路的输出薄膜阀开度值一个固定增量值，模拟成一个稳定的阶跃信号，记录出口物料温度Vtempreal随着时间t变化的数据，并利用计算机算法拟合成曲线。通过该曲线反向计算出一阶加滞后的控制模型传递函数中的K、T、τ三个参数值，从而求得近似的一阶滞后的模型。
具体方法如下：
先计算出润叶机温度控制稳定阶段热风温度控制PID回路的输出薄膜阀开度值的均值其计算公式为：
其中n1为润叶机温度控制稳定阶段薄膜阀开度值的实际值数据的个数，为薄膜阀开度值实际值的总和，/>为润叶机温度控制稳定阶段热风温度控制PID回路的输出薄膜阀开度值的均值。
接着，计算出润叶机温度控制稳定阶段的出口物料温度均值其计算公式为：
式中，为润叶机温度控制稳定阶段的出口物料温度均值，n2为润叶机温度控制稳定阶段出口物料温度的实际值数据的个数，/>为出口物料温度实际值的总和。
如果则给定一个增量P，并将其累加到/>值上，且保持热风温度1#PID回路为手动状态，输出CV1值始终为/>模拟出一个阶跃量为P的阶跃信号，且始终稳定地作用于系统输出端，如图5所示。记录出口物料温度Vtempreal'随着时间t变化的数据，并计算出Vtempreal'与润叶机温度控制稳定阶段的出口物料温度均值/>的差值，将其定义为数据y，则y的定义公式为：
式中，y为出口物料温度Vtempreal'与润叶机温度控制稳定阶段出口物料温度均值的差值，Vtempreal'为出口物料温度，/>为润叶机温度控制稳定阶段的出口物料温度均值。
根据阶跃信号持续的作用，记录上述y值，打点到以时间t为横坐标的坐标上，拟合出曲线，其曲线的大致形状应该如图所示。计算出一阶加滞后的控制模型传递函数中的K、T、τ三个参数值的方法如下：
定义静态放大系数K为阶跃相应曲线的稳态值y(∞)与阶跃扰动增量值A之比，即：
式中，K为静态放大系数，y(∞)为阶跃相应曲线的稳态值，A为阶跃扰动增量值。
再定义一个函数f(t)，令
由于一阶滞后的模型具有自平衡能力，属于自恒过程。阶跃相应必收敛于固定值，其值定义为y(∞)，将y(t)与y(∞)的比值定义为函数f(t)，则函数f(t)的公式为：
则
式中，f(t)为时间特性函数y(t)与阶跃相应曲线的稳态值y(∞)的比值。
如图6所示，在曲线上选取两个不同的时间变量t1和t2，其对应f(t)函数值为f(t1)和f(t2)。其中，τ＜t1＜t2。
由此得出：
式中，f(t1)为时间变量t1对应的f(t)函数值，f(t2)为时间变量t2对应的f(t)函数值，T为时间常数。
将上述等式两边取自然对数，得到：
联立求得：
取f(t1)＝0.3，f(t2)＝0.7，则得到：
为了验证模型的准确性，也为了便于计算方便，选取合适的t3、t4、t5值进行验证。
当t3<τ时，f(t3)＝0；
当t4＝0.5T+τ时，f(t4)＝0.39；
当t5＝T+τ时，f(t5)＝0.63。
若标准曲线在t3、t4、t5处的值与上述值相差较大，则说明模型误差过大，需要重新拟定润叶机温度控制稳定阶段的条件以及参数，直至能获取精确的一阶滞后传递函数并能通过上述的验证。
因此，制丝润叶机物料温度控制模型的传递函数为：
参数K值、参数T值和参数τ值均已求出。
至此，特殊生产稳定模式下的制丝润叶机物料温度控制模型已获得。
需要说明的是，使用本方法在杭州卷烟厂现场试验时，采用有效的参数组合为：TV1＝2.0；TV2＝3.0；TV3＝7.0％；TV4＝7.0％；TV5＝2.0；TV6＝0.15；TV7＝7.0％；TV8＝7.0％；TV9＝0.5；TV10＝0.5；time1＝300s；time2＝300s；time3＝180s；time4＝180s；time5＝300s；A＝20％。
若验证上述一阶滞后模型的准确性时，存在较大的误差，除了需要重新拟定润叶机温度控制稳定阶段的条件，也可重新调整上述参数，然后再重新试验，已获得调整后新的润叶机温度控制稳定阶段状态下的一阶滞后模型，并再次进行验证，直至验证准确性达到要求。
综上，本实施例提供了一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，以公式化的形式定义了润叶机温度控制稳定阶段，有效地识别出了可近似为线性化的定常系统的阶段和利用场景，获得了稳定生产阶段的制丝润叶机物料温度控制的精确数学模型，具有较好的可实现性，行业上可与实物试车同时进行，不额外浪费烟草物料资源，具有很高的准确性。同时由于模型简单且参数较少，后期易于修改参数再次对模型进行修正。基于该精确数学模型的特点，可采取时滞Smith控制、模糊控制、神经网络、自适应控制和预测控制等控制策略，取代设备原有PID控制，以额外获得制丝润叶机物料温度控制模型的稳定性、稳定裕度、准确性和时域快速响应特性，以便对精确数学模型进行进一步的改进和修正，有效地提高特定生产状态下物料温度控制的稳定性、准确性和快速性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，包括：
在润叶机满足生产条件时进入生产阶段；
在生产阶段中对润叶机进行温度控制，以公式化的形式定义润叶机温度控制的稳定阶段；
当润叶机温度控制进入稳定阶段时，将非线性时变的系统近似为线性化的定常系统，获取制丝润叶机物料温度控制模型。
2.根据权利要求1所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述在生产阶段中对润叶机进行温度控制，包括：
采用PID控制模块控制润叶机热源控制回路中的热风温度、工艺直喷蒸汽、加水回路和排潮负压；
将PID控制模块中的设定值SP定义为生产阶段中热源控制回路的预置设定值，所述预置设定值包括设备参数和/或配方参数。
3.根据权利要求2所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述在生产阶段中对润叶机进行温度控制，还包括：
当出口温度传感器检测到出口有物料温度数值时，将热风温度作为主要热源控制回路；所述热风温度用于控制出口物料温度；
取消热风控制控制回路的预置设定值，将出口的物料温度数值通过经过特定公式的换算反馈给热风温度PID控制回路的设定值SP，进行闭环控制。
4.根据权利要求3所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述润叶机温度控制的稳定阶段的定义，包括：
润叶机相应的热源控制回路中的热风温度1#PID回路和工艺直喷蒸汽2#PID回路进入温度控制稳定状态；
其中，持续时长超过time1的时间内的热风温度1#PID回路的设定值SP1减去实际值PV1的差值的绝对值低于阈值TV1；
持续时长超过time2的时间内的工艺直喷蒸汽2#PID回路的设定值SP2减去实际值PV2的差值的绝对值低于阈值TV2；持续时长超过time2的时间内的工艺直喷蒸汽2#PID回路的输出值CV2低于阈值TV4。
5.根据权利要求4所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述润叶机温度控制的稳定阶段的定义公式，包括：
针对热风温度1#PID回路，且持续时长超过time1：
|SP1-PV1|＜TV1；
式中，PV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度的实际值，SP1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度的设定值，TV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的阈值；
针对工艺直喷蒸汽2#PID回路，且持续时长超过time1：
|SP2-PV2|＜TV2；
式中，PV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽的实际值，SP2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽的设定值，TV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的阈值。
6.根据权利要求5所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述润叶机水分控制的稳定阶段的定义，还包括：
保持热风温度控制薄膜阀开度与直喷蒸汽控制薄膜阀开度相对稳定；保持加水量和排潮负压相对稳定；
所述热风温度控制薄膜阀开度相对稳定包括热风温度1#PID回路的输出值CV1保持低于阈值TV3，所述直喷蒸汽控制薄膜阀开度相对稳定包括工艺直喷蒸汽2#PID回路的输出值CV2保持低于阈值TV4；
所述保持加水量和排潮负压相对稳定包括加水控制3#PID回路和排潮负压4#PID回路进入温度稳定状态；
其中，持续时长超过time3的时间内的加水控制3#PID回路的设定值SP3减去实际值PV3的差值的绝对值保持低于阈值TV5；持续时长超过time3的时间内的排潮负压4#PID回路的设定值SP4减去实际值PV4的差值的绝对值保持低于阈值TV6；
所述保持加水量和排潮负压相对稳定还包括加水控制回路控制泵体转速相对稳定和排潮负压阀门开度相对稳定；
其中，持续时长超过time4的时间内的加水控制3#PID回路的输出值CV3保持低于阈值TV7；持续时长超过time4的时间内的排潮负压4#PID回路的输出值CV4保持低于阈值TV8。
7.根据权利要求6所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述润叶机水分控制的稳定阶段的定义公式，还包括：
针对热风温度1#PID回路，且持续时长超过time2，
CV1＜TV3；
式中，CV1为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的输出值，TV3为润叶机温度控制稳定阶段的热风温度1#PID回路的阈值；
针对工艺直喷蒸汽2#PID回路，且持续时长超过time2，
CV2＜TV4；
式中，CV2为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的输出值，TV4为润叶机温度控制稳定阶段的工艺直喷蒸汽2#PID回路的阈值；
针对加水控制3#PID回路，且持续时长超过time3，
|SP3-PV3|＜TV5；
式中，SP3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的设定值，PV3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的实际值，TV5为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的阈值；
针对排潮负压4#PID回路，且持续时长超过time3，
|SP4-PV4|＜TV6；
式中，SP4为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的设定值，PV4为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的实际值，TV6为润叶机温度控制稳定阶段的排潮负压4#PID回路的阈值；
针对加水控制3#PID回路，且持续时长超过time4，
CV3＜TV7；
式中，CV3为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的输出值，TV7为润叶机温度控制稳定阶段的加水控制3#PID回路的阈值；
针对排潮负压4#PID回路，且持续时长超过time4，
CV4＜TV8；
式中，CV4为润叶机水分控制稳定阶段的排潮负压4#PID的输出值，TV8为润叶机水分控制稳定阶段的排潮负压4#PID的阈值。
8.根据权利要求7所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述润叶机温度控制的稳定阶段的定义，还包括：
保持润叶机出口物料温度和润叶机出口物料水分处于稳定受控状态；所述保持润叶机出口物料温度和润叶机出口物料水分处于稳定受控状态包括出口物料温度的实际值Vtempreal与被控要求值Vtempset的差值的绝对值保持低于阈值TV9，且持续时长超过time5；出口物料水分的实际值Vmosreal与被控要求值Vmosset的差值的绝对值保持低于阈值TV10，且持续时长超过time5。
9.根据权利要求8所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述润叶机温度控制的稳定阶段的定义公式，还包括：
|Vtempreal-Vtempset|＜TV9，且持续时长超过time5；
|Vmosreal-Vmosset|＜TV10，且持续时长超过time5；
式中，Vtempreal为出口物料温度的实际值，Vtempset为出口物料温度的被控要求值，Vmosreal为出口物料水分的实际值，Vmosset为出口物料水分的被控要求值。
10.根据权利要求9所述的试验获取制丝润叶机物料温度控制模型的方法，其特征在于，所述制丝润叶机物料水分控制模型的获取方法包括：
对热风温度控制PID回路的输出薄膜阀开度值给定一个固定增量值，并模拟成一个稳定的阶跃信号；
记录出口物料温度的实际值随着时间t变化的数据，并利用计算机算法拟合成曲线；
通过所述曲线反向计算出一阶加滞后的控制模型传递函数中的参数值，求得近似的一阶滞后的模型，所述近似的一阶滞后的模型即为制丝润叶机物料温度控制模型；
所述制丝润叶机物料温度控制模型为：
式中，K为静态放大系数，Ts为时间常数，τ为模型滞后时间，s为拉普拉斯变换因子，Φ(s)为制丝润叶机物料温度控制模型的传递函数；
其中，
式中，y(∞)为阶跃相应曲线的稳态值，f(t)为时间特性函数y(t)与阶跃相应曲线的稳态值y(∞)的比值，A为阶跃扰动增量值，t1和t2为函数f(t)曲线上选取的两个不同的时间变量，T为时间常数。
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