CN117555224B - 基于解耦控制系统的谷朊粉生产控制的方法 - Google Patents
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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
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。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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