CN117555224B - 基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法 - Google Patents

基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117555224B
CN117555224B CN202410026541.5A CN202410026541A CN117555224B CN 117555224 B CN117555224 B CN 117555224B CN 202410026541 A CN202410026541 A CN 202410026541A CN 117555224 B CN117555224 B CN 117555224B
Authority
CN
China
Prior art keywords
drying chamber
wheat gluten
control system
error
relative humidity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202410026541.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117555224A (zh
Inventor
武凤磊
刘明新
曲延鹏
刘明喜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guanxian Xinrui Industry Co ltd
Original Assignee
Guanxian Xinrui Industry Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guanxian Xinrui Industry Co ltd filed Critical Guanxian Xinrui Industry Co ltd
Priority to CN202410026541.5A priority Critical patent/CN117555224B/zh
Publication of CN117555224A publication Critical patent/CN117555224A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117555224B publication Critical patent/CN117555224B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

本发明属于谷朊粉生产控制应用技术领域,尤其涉及一种基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法。本发明使用传感器多点检测谷朊粉原样水分活度、干燥室相对湿度、检测干燥室温度,计算后导入构建的解耦控制系统,实现干燥室的旁通风量阀门开度和压缩机转速的控制。解耦控制系统中改进的PID控制器在常规PID的微分环节引入低通滤波器和非线性变换,其中引入低通滤波器可以解决微分调节引入的高频干扰,可以减少特别是误差扰动突变造成的系统不稳定,从而改善系统的动态特性,引入非线性变换使参数随控制误差而变化,提高了算法的适应能力。解耦控制系统在模糊控制器之后加入二阶滤波器可以减少超调量的同时提高响应速度,并减少系统误差。

Description

基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法
技术领域
本发明属于谷朊粉生产控制应用技术领域,尤其涉及一种基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法。
背景技术
谷阮粉是以面粉为原料,分离提取出面粉中的主要成分麦谷蛋白和醇溶蛋白,并干燥而成的一种植物活性蛋白质。因其独有的吸水性、复水性、粘弹性、薄膜成型性、延展性及乳化性,而在食品、化工、医药、饲料等众多行业得到特殊应用,是一种纯天然的营养品和添加剂。
在生产谷朊粉的干燥过程中,样品与环境之间的压力差及样品自身的重力势都可以忽略,因此样品与环境的水势差主要与自身的水分活度和环境的相对湿度相关。在干燥的过程中,样品的水分活度高于环境的相对湿度,样品中的水分更自由,才可以迁移到环境中达到失水干燥的目的。且水分活度和相对湿度都可以表示各自对象的水分的自由程度。此外环境的温度对干燥过程也有影响。单独调节旁通风量阀门开度或压缩机转速,都会引起干燥室温度和相对湿度的同时变化,且当前在谷朊粉的生产控制过程中,水分迁移速率有待提高、环境的温度和相对湿度控制存在滞后性,检测不准确的问题。
发明内容
本发明针对谷朊粉生产控制过程中所存在的技术问题,提出一种设计合理、方法简单、理论性强且能够实现水分快速迁移、环境的温度、相对湿度控制及时准确的基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:一种基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法,包括如下步骤:
S1、选用小麦磨制的面粉,获得谷朊粉原样;
S2、运用镜面冷凝露点传感器实时检测谷朊粉原样水分活度,运用相对湿度传感器检测干燥室相对湿度,运用温度传感器检测干燥室温度;
S3、将谷朊粉原样水分活度与干燥室相对湿度的差值与设定差值进行比较得到第一误差x1,将干燥室温度与设定温度进行比较得到第二误差x2,干燥室由旁通风量阀门和压缩机控制;
S4、构建解耦控制系统,通过改进的PID控制器做反馈控制,两个反馈控制器的输出作为两个模糊控制器的输入,两个模糊控制器的输出分别作为G1和G2两个二阶滤波器的输入,所述改进的PID控制器首先在常规PID的微分环节引入低通滤波器和非线性变换,改进后微分环节的传递函数为:
其中,Uc(s)为改进的PID控制器系统输出,Y(s)为微分环节的输入,TD为微分时间,T为采样时间,为低通滤波器,τ为低通滤波器的参数,s为复变量,f(Δe1,Δe2,ε)为非线性变换因子,其公式为:
其中,Δe1为第一误差e1的变化率,Δe2为第二误差e2的变化率,ε为区间长度,e是自然对数的底数,所述G1和G2两个二阶滤波器的传递函数为:
其中,a1、b1、b2为可调系数;
S5、将第一误差x1、第二误差x2作为解耦控制系统输入值,干燥室的旁通风量阀门开度y1、压缩机转速y2作为输出值,实现干燥室的旁通风量阀门开度和压缩机转速的控制。
作为优选,所述S2步骤谷朊粉原样水分活度、干燥室相对湿度、干燥室温度的检测分别采用两个传感器进行检测,并取平均值。
作为优选,所述S4步骤模糊控制器输入变量和输出变量均取7个语言值,为[PB、PM、PS、ZE、NS、NM、NB],其分别表示[正大、正中、正小、零、负小、负中、负大],隶属函数均采用三角线型,模糊规则形式为ifx is A and y is B then z is C,应用Mamdani型推理法。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:
本发明提供一种基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法,使用传感器多点检测谷朊粉原样水分活度、干燥室相对湿度、检测干燥室温度,计算后导入构建的解耦控制系统,实现干燥室的旁通风量阀门开度和压缩机转速的控制。解耦控制系统中改进的PID控制器在常规PID的微分环节引入低通滤波器和非线性变换,其中引入低通滤波器可以解决微分调节引入的高频干扰,可以减少特别是误差扰动突变造成的系统不稳定,从而改善系统的动态特性,引入非线性变换使参数随控制误差而变化,提高了算法的适应能力。解耦控制系统在模糊控制器之后加入二阶滤波器可以减少超调量的同时提高响应速度,并减少系统误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的解耦控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例,考虑到在生产谷朊粉的干燥过程中,样品与环境之间的压力差及样品自身的重力势都可以忽略,因此样品与环境的水势差主要与自身的水分活度和环境的相对湿度相关。在干燥的过程中,样品的水分活度高于环境的相对湿度,样品中的水分更自由,才可以迁移到环境中达到失水干燥的目的。且水分活度和相对湿度都可以表示各自对象的水分的自由程度。此外环境的温度对干燥过程也有影响。当前在谷朊粉的生产控制过程中,水分迁移速率有待提高、环境的温度和相对湿度控制存在滞后性,检测不准确的问题。为此,如图1所示,本发明提出一种基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法,首先选用小麦磨制的面粉,获得谷朊粉原样,接着运用镜面冷凝露点传感器实时检测谷朊粉原样水分活度,运用相对湿度传感器检测干燥室相对湿度,运用温度传感器检测干燥室温度,具体的,谷朊粉原样水分活度、干燥室相对湿度、干燥室温度的检测分别采用两个传感器进行检测,并取平均值。
考虑到在干燥的过程中,谷朊粉原样的水分活度高于干燥室的相对湿度,样品中的水分更自由,才可以迁移到环境中达到失水干燥的目的。且水分活度和相对湿度都可以表示各自对象的水分的自由程度。此外干燥室的温度对干燥过程也有影响。干燥室由旁通风量阀门和压缩机控制。控制干燥室温度与相对湿度,在保持压缩机转速不变情况下,增加旁通风量阀门开度,会使得空气温度升高、相对湿度降低;减小旁通风量阀门,空气温度将下降但相对湿度增加。在保持压缩机转速不变情况下,压缩机转速增加后,空气温度会升高、相对湿度会降低;反之,压缩机转速降低后,空气温度会降低、相对湿度会升高。可见,单独调节旁通风量阀门开度或压缩机转速,都会引起干燥室温度和相对湿度的同时变化,证明二者存在较强的耦合关系。
由于解耦实际上是通过一定的算法来设计补偿器,其作用是抵消控制过程中各个通道之间的耦合,从而实现输入输出变量间的一对一控制。而模糊控制通过模糊逻辑和近似推理实现经验的形式化、模型化,根据所得的语言控制规则进行模糊推理,给出模糊输出判据,并将其转化为精确量,作为反馈送到被控对象。模糊控制器的设计包括模糊化、模糊推理和模糊判决3部分
所以,将谷朊粉原样水分活度与干燥室相对湿度的差值与设定差值进行比较得到第一误差x1,将干燥室温度与设定温度进行比较得到第二误差x2,构建解耦控制系统,通过改进的PID控制器做反馈控制,两个反馈控制器的输出作为两个模糊控制器的输入,两个模糊控制器的输出分别作为G1和G2两个二阶滤波器的输入,引入二阶设定点滤波器,可以减少超调量的同时提高响应速度,并减少系统误差。
具体的,模糊控制器输入变量和输出变量均取7个语言值,为[PB、PM、PS、ZE、NS、NM、NB],其分别表示[正大、正中、正小、零、负小、负中、负大],隶属函数均采用三角线型,模糊规则形式为ifx isAandy is B then z is C,应用Mamdani型推理法。
考虑到传统PID控制算法中引入的微分调节对变化产生作用,当变化的速度越快,其控制作用越强,因此能够加快系统的调节速度,但同时也引入了高频干扰,本发明添加低通滤波器,引入了微分先行的PID控制算法,可以减少特别是误差扰动突变造成的系统不稳定,从而改善系统的动态特性。由于微分参数固定不变,容易引起系统的超调量,不能完全适应温控系统的稳定性要求,因此在在加入低通滤波器后引入非线性因素,即引入了经过非线性变化的误差微分运算,由于微分环节的参数随控制误差而变化,从而提高了算法的适应能力。
所以,改进的PID控制器首先在常规PID的微分环节引入低通滤波器和非线性变换,改进后微分环节的传递函数为:
其中,Uc(s)为改进的PID控制器系统输出,Y(s)为微分环节的输入,TD为微分时间,T为采样时间,为低通滤波器,τ为低通滤波器的参数,s为复变量,f(Δe1,Δe2,ε)为非线性变换因子,其公式为:
其中,Δe1为第一误差e1的变化率,Δe2为第二误差e2的变化率,ε为区间长度,e是自然对数的底数,所述G1和G2两个二阶滤波器的传递函数为:
其中,a1、b1、b2为可调系数。
最后,将第一误差x1、第二误差x2作为解耦控制系统输入值,干燥室的旁通风量阀门开度y1、压缩机转速y2作为输出值,实现干燥室的旁通风量阀门开度和压缩机转速的控制。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域,但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、选用小麦磨制的面粉,获得谷朊粉原样;
S2、运用镜面冷凝露点传感器实时检测谷朊粉原样水分活度,运用相对湿度传感器检测干燥室相对湿度,运用温度传感器检测干燥室温度;
S3、将谷朊粉原样水分活度与干燥室相对湿度的差值与设定差值进行比较得到第一误差x1,将干燥室温度与设定温度进行比较得到第二误差x2,干燥室由旁通风量阀门和压缩机控制;
S4、构建解耦控制系统,通过改进的PID控制器做反馈控制,两个反馈控制器的输出作为两个模糊控制器的输入,两个模糊控制器的输出分别作为G1和G2两个二阶滤波器的输入,所述改进的PID控制器首先在常规PID的微分环节引入低通滤波器和非线性变换,改进后微分环节的传递函数为:
其中,Uc(s)为改进的PID控制器系统输出,Y(s)为微分环节的输入,TD为微分时间,T为采样时间,为低通滤波器,τ为低通滤波器的参数,s为复变量,f(Δe1,Δe2,ε)为非线性变换因子,其公式为:
其中,Δe1为第一误差e1的变化率,Δe2为第二误差e2的变化率,ε为区间长度,e是自然对数的底数,所述G1和G2两个二阶滤波器的传递函数为:
其中,a1、b1、b2为可调系数;
S5、将第一误差x1、第二误差x2作为解耦控制系统输入值,干燥室的旁通风量阀门开度y1、压缩机转速y2作为输出值,实现干燥室的旁通风量阀门开度和压缩机转速的控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法,其特征在于,所述S2步骤谷朊粉原样水分活度、干燥室相对湿度、干燥室温度的检测分别采用两个传感器进行检测,并取平均值。
3.根据权利要求1所述的一种基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法,其特征在于,所述S4步骤模糊控制器输入变量和输出变量均取7个语言值,为[PB、PM、PS、ZE、NS、NM、NB],其分别表示[正大、正中、正小、零、负小、负中、负大],隶属函数均采用三角线型,模糊规则形式为ifx isA and yis B then z is C,应用Mamdani型推理法。
CN202410026541.5A 2024-01-09 2024-01-09 基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法 Active CN117555224B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410026541.5A CN117555224B (zh) 2024-01-09 2024-01-09 基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410026541.5A CN117555224B (zh) 2024-01-09 2024-01-09 基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117555224A CN117555224A (zh) 2024-02-13
CN117555224B true CN117555224B (zh) 2024-04-26

Family

ID=89815010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410026541.5A Active CN117555224B (zh) 2024-01-09 2024-01-09 基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117555224B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1170463A (zh) * 1994-10-24 1998-01-14 费舍-柔斯芒特系统股份有限公司 控制停滞时间显著过程等过程的可变前景预测器
KR19980084979A (ko) * 1997-05-27 1998-12-05 이종수 퍼지 전문가 장치를 이용한 피아이디 제어기의 계수조정 장치 및 그의 제어방법
CN101635553A (zh) * 2009-08-18 2010-01-27 湖南大学 应用于发电机励磁与汽门系统的综合智能解耦控制方法
CN103034249A (zh) * 2012-12-27 2013-04-10 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种基于模糊决策的双轴光电转台复合控制系统和控制方法
CN105955015A (zh) * 2016-05-17 2016-09-21 成都奥特为科技有限公司 一种用于外骨骼系统的模糊控制方法
CN108459497A (zh) * 2017-12-14 2018-08-28 南京理工大学 一种基于adrc和nlpid的稳瞄伺服系统的控制方法
CN111058952A (zh) * 2019-12-26 2020-04-24 山东大学 基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法、系统及车辆
CN114063445A (zh) * 2020-08-10 2022-02-18 大连中和聚能自动控制系统有限公司 一种模糊控制器的设计方法
CN115639864A (zh) * 2022-11-02 2023-01-24 盐城工学院 一种基于Smith预估补偿幅限模糊PID的ALD设备温度控制方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110520803B (zh) * 2018-08-10 2022-10-18 曾喆昭 一种智慧pid控制方法
KR102487640B1 (ko) * 2021-02-26 2023-01-11 재단법인 대구경북과학기술원 플랜트 제어 장치 및 그 제어 방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1170463A (zh) * 1994-10-24 1998-01-14 费舍-柔斯芒特系统股份有限公司 控制停滞时间显著过程等过程的可变前景预测器
KR19980084979A (ko) * 1997-05-27 1998-12-05 이종수 퍼지 전문가 장치를 이용한 피아이디 제어기의 계수조정 장치 및 그의 제어방법
CN101635553A (zh) * 2009-08-18 2010-01-27 湖南大学 应用于发电机励磁与汽门系统的综合智能解耦控制方法
CN103034249A (zh) * 2012-12-27 2013-04-10 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种基于模糊决策的双轴光电转台复合控制系统和控制方法
CN105955015A (zh) * 2016-05-17 2016-09-21 成都奥特为科技有限公司 一种用于外骨骼系统的模糊控制方法
CN108459497A (zh) * 2017-12-14 2018-08-28 南京理工大学 一种基于adrc和nlpid的稳瞄伺服系统的控制方法
CN111058952A (zh) * 2019-12-26 2020-04-24 山东大学 基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法、系统及车辆
CN114063445A (zh) * 2020-08-10 2022-02-18 大连中和聚能自动控制系统有限公司 一种模糊控制器的设计方法
CN115639864A (zh) * 2022-11-02 2023-01-24 盐城工学院 一种基于Smith预估补偿幅限模糊PID的ALD设备温度控制方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fuzzy-PID控制在方便面油炸锅温度控制中的应用研究;禹柳飞;;现代电子技术;20071115(第22期);全文 *
全自动智能小麦着水机控制系统研究;李兰忖;食品与机械;20050825(第04期);全文 *
基于模糊PID算法的自动着水机研究;蒋丽;郭永刚;;粮食与饲料工业;20090915(第09期);全文 *
谷物干燥过程模糊支持向量机控制器的设计;朱德泉;钱良存;骆敏舟;;电子测量与仪器学报;20090415(第04期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117555224A (zh) 2024-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111045326B (zh) 一种基于递归神经网络的烘丝过程水分预测控制方法及系统
CN108895618B (zh) 基于神经网络的空调控制方法
CN108393146B (zh) 一种钢球磨煤机制粉系统自适应最优解耦控制方法
AU2021102749A4 (en) Intelligent control system and method of thin plate drier for cut tobacco
CN103028480A (zh) 一种基于模糊pid算法的立磨智能控制系统
CN105388939B (zh) 制药流化床的温度控制方法及系统
Goodacre et al. Rapid screening for metabolite overproduction in fermentor broths, using pyrolysis mass spectrometry with multivariate calibration and artificial neural networks
CN117555224B (zh) 基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法
Mansor et al. Intelligent control of grain drying process using fuzzy logic controller
CN112931913A (zh) 一种气流式梗丝干燥出口含水率的控制方法
CN114413613A (zh) 用于空气源热泵干燥系统的多物理场解耦控制方法及系统
CN114510098B (zh) 一种生产环境调控方法与系统
CN107608415A (zh) 一种基于模糊pid控制的电加热纯蒸汽发生器
CN110647186A (zh) 一种基于模糊神经网络的氯乙烯精馏温度控制方法
Ding A nonlinear PID controller based on fuzzy-tuned immune feedback law
Abbasi et al. Comparison of trial and error and genetic algorithm in neural network development for estimating farinograph properties of wheat-flour dough
Zhang et al. Application of neural network predictive control in cement combined grinding
CN112790421B (zh) 一种基于滑窗预测的梗丝加料出口含水率的控制方法
Shi et al. Adaptive on‐line optimizing control of bioreactor systems
Dacosta et al. Estimation of inaccessible fermentation states with variable inoculum sizes
Köni et al. Adaptive modeling of the drying of baker's yeast in a batch fluidized bed
Thatipamala et al. On-line state estimation and adaptive optimization using state equations for continuous production of bioethanol
Li Intelligent fuzzy immune PID controller design for multivariable process control system
Imtiaz et al. Bioreactor profile design and optimization for ethanol production
CN213634131U (zh) 一种基于串级pid的颗粒水分智能控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant