CN117631728A - 一种润叶机的出口温度和出口水分控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种润叶机的出口温度和出口水分控制方法及装置，方法包括：润叶机进入工艺预热或者生产阶段模式时，采用第一单闭环负反馈PID控制回路对水分控制回路中的加水流量进行控制，采用第二单闭环负反馈PID控制回路对温度控制回路中的蒸汽流量进行控制；判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否均进入稳定控制阶段；若是，则判断是否满足解耦条件；若是，则在第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路的输出端串接解耦控制器，并计算解耦控制器的传递函数矩阵的传递函数；依据传递函数对解耦控制器进行控制。本申请提高了控制系统的精准度、稳定性、收敛性和鲁棒性。
Description
技术领域
本申请涉及卷烟生产技术领域，更具体地，涉及一种润叶机的出口温度和出口水分控制方法及装置。
背景技术
卷烟制丝润叶机的控制原理主要是通过控制加热器、加水流量控制系统、风机等设备的工作状态和参数实现。具体来说，制丝润叶机的控制系统通常由PLC控制器、触摸屏、传感器、执行器等组成。通过采集和处理传感器反馈的温度、湿度、压力等参数，控制加热器、加水流量控制系统、风机等设备的工作状态和参数，从而实现对卷烟制丝过程中温度、湿度、气流等关键参数的控制和调节，这样可以保证卷烟的品质和口感，并且提高生产效率。此外，筒体内部设置排潮系统，抽取部分含水、含热废气进行排放，以恒定物料的温度，同时接地影响物料含水率。
现有的制丝润叶机为非线性系统，行业上多采用PID回路进行控制。通常使用出口物料水分的样本值作为后馈数据进行水分控制，以此反馈控制加水流量进行单回路控制，如图1中的1#PID所示。常见地，制丝润叶机温度控制方法以出口物料温度的样本值作为后馈数据进行控制，以此反馈蒸汽流量进行调节从而进行级联的单回路控制，如图1中的2#PID所示。由于蒸汽介质含水且含热量，当出口物料温度出现偏差时，系统会对蒸汽流量进行调节，从而导致物料水分出现波动；又由于水介质存在降温作用，当出口物料水分出现偏差时，系统会对加水流量进行调节，从而导致物料温度出现小范围波动。
综上，制丝润叶机出口水分控制和出口温度控制虽采用单回路PID控制，但两者之间存在一定的非线性系统的耦合关系。当一个回路出现波动进入调节时，势必会或多或少地影响另外一个回路。
发明内容
本申请提供一种润叶机的出口温度和出口水分控制方法及装置，在加水流量和蒸汽流量的单闭环负反馈PID控制回路均进入稳定控制阶段并且二者满足解耦条件时对二者进行解耦控制，以此来提高控制系统的精准度、稳定性、收敛性和鲁棒性。
本申请提供了一种润叶机的出口温度和出口水分控制方法，包括：
润叶机进入工艺预热或者生产阶段模式时，采用第一单闭环负反馈PID控制回路对水分控制回路中的加水流量进行控制，采用第二单闭环负反馈PID控制回路对温度控制回路中的蒸汽流量进行控制；
判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否均进入稳定控制阶段；
若是，则判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足解耦条件；
若是，则在第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路的输出端串接解耦控制器，并计算解耦控制器的传递函数矩阵的传递函数；
依据传递函数对解耦控制器进行控制，实现润叶机的出口温度与出口水分的解耦控制。
优选地，第一单闭环负反馈PID控制回路或第二单闭环负反馈PID控制回路满足如下条件时进入稳定控制阶段：
在预设的持续时间内，第一单闭环负反馈PID控制回路或第二单闭环负反馈PID控制回路的实际输入值的波动范围小于或等于对应的第一阈值，且设定值与实际值输入值的差值的绝对值小于或等于对应的第二阈值。
优选地，判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足的解耦条件，具体包括：
构建第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路组成的线性化系统；
通过线性化系统采集多通道静态增益矩阵；
若多通道静态增益矩阵内的元素满足预设条件，则第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路满足的解耦条件。
优选地，多通道静态增益矩阵至少包括两个第一相对增益和两个第二相对增益；
采集第一相对增益包括：
将线性化系统中加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第一阶跃信号，获得第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第一增益；
将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第一阶跃信号，获得第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第二增益；
计算第一增益与第二增益的比值，作为第一相对增益。
优选地，采集第二相对增益包括：
将加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第二阶跃信号，获得第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第三增益；
将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第二阶跃信号，获得第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第四增益；
计算第三增益与第四增益的比值，作为第二相对增益。
本申请还提供一种润叶机的出口温度和出口水分控制装置，包括第一控制模块、第一判断模块、第二判断模块、串接模块以及第二控制模块；
第一控制模块用于在润叶机进入工艺预热或者生产阶段模式时，采用第一单闭环负反馈PID控制回路对水分控制回路中的加水流量进行控制，采用第二单闭环负反馈PID控制回路对温度控制回路中的蒸汽流量进行控制；
第一判断模块用于判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否均进入稳定控制阶段；
第二判断模块用于判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足解耦条件；
串接模块用于在第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路的输出端串接解耦控制器，并计算解耦控制器的传递函数矩阵的传递函数；
第二控制模块用于依据传递函数对解耦控制器进行控制，实现润叶机的出口温度与出口水分的解耦控制。
优选地，第一单闭环负反馈PID控制回路或第二单闭环负反馈PID控制回路满足如下条件时进入稳定控制阶段：
在预设的持续时间内，第一单闭环负反馈PID控制回路或第二单闭环负反馈PID控制回路的实际输入值的波动范围小于或等于对应的第一阈值，且设定值与实际值输入值的差值的绝对值小于或等于对应的第二阈值。
优选地，第二判断模块包括构建模块、增益矩阵采集模块以及第三判断模块；
构建模块用于构建第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路组成的线性化系统；
增益矩阵采集模块用于通过线性化系统采集多通道静态增益矩阵；
第三判断模块用于在多通道静态增益矩阵内的元素满足预设条件时，判定第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路满足的解耦条件。
优选地，增益矩阵采集模块包括第一增益采集模块、第二增益采集模块以及第一计算模块；
第一增益采集模块用于将线性化系统中加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第一阶跃信号，获得第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第一增益；
第二增益采集模块用于将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第一阶跃信号，获得第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第二增益；
第一计算模块用于计算第一增益与第二增益的比值，作为第一相对增益。
优选地，增益矩阵采集模块还包括第三增益采集模块、第四增益采集模块以及第二计算模块；
第三增益采集模块用于将加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第二阶跃信号，获得第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第三增益；
第四增益采集模块用于将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第二阶跃信号，获得第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第四增益；
第二计算模块用于计算第三增益与第四增益的比值，作为第二相对增益。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为现有技术中两个非耦合的单输入单输出的闭环PID控制回路的示意图；
图2为本申请提供的润叶机的出口温度和出口水分控制方法的流程图；
图3为本申请提供的非线性特性显现时采用不解耦控制的结构示意图；
图4为本申请提供的线性化系统的结构示意图；
图5为本申请提供的线性化处理后串接解耦控制器的结构示意图；
图6为本申请提供的润叶机的出口温度和出口水分控制装置的结构图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
本申请提供一种润叶机的出口温度和出口水分控制方法及装置，在加水流量和蒸汽流量的单闭环负反馈PID控制回路均进入稳定控制阶段并且二者满足解耦条件时对二者进行解耦控制，消除了原有系统中出口温度控制和出口水分控制之间的互相影响作用，以此来提高控制系统的精准度、稳定性、收敛性和鲁棒性。
如图2所示，本申请提供的润叶机的出口温度和出口水分控制方法包括：
S210：润叶机进入工艺预热或者生产阶段模式时，采用第一单闭环负反馈PID控制回路(记为1#PID回路)对水分控制回路中的加水流量进行控制，采用第二单闭环负反馈PID控制回路(记为2#PID回路)对温度控制回路中的蒸汽流量进行控制，此时二者均采用非耦合的单输入单输出的闭环PID控制，即采用不解耦控制方法进行控制(如图3所示)，此时控制系统呈现非线性特性。
如图3所示，出口物料水分y1由加水流量输入值u1的第一分量W11(s)和蒸汽流量输入值u2的第一分量W12(s)确定，出口物料温度y2由加水流量输入值u1的第二分量W21(s)和蒸汽流量输入值u2的第二分量W22(s)确定。加水流量输入值u1为1#PID回路的输出值。出口物料水分y1反馈给1#PID回路进行PID调节。蒸汽流量输入值u2为2#PID回路的输出值。出口物料温度y2反馈给2#PID回路进行PID调节。
需要说明的是，润叶机在设备预热、待机、残料输出等其他阶段均按照原有设备的控制方法进行控制。
S220：判断第一单闭环负反馈PID控制回路(1#PID回路)和第二单闭环负反馈PID控制回路(2#PID回路)是否均进入稳定控制阶段。若是，则认为润叶机的非线性控制系统进入了线性区间，执行S230；否则，返回S210。
作为一个实施例，1#PID回路或2#PID回路满足如下条件时进入稳定控制阶段：
在预设的持续时间内，1#PID回路或2#PID回路的实际输入值的波动范围小于或等于对应的第一阈值，且设定值与实际值输入值的差值的绝对值小于或等于对应的第二阈值。
具体地，对于1#PID回路，在第一持续时间Time1内，1#PID回路的实际输入值PV1值(请参考图1)的波动范围(即PV1值的最大值PVMAX(t)与PV1值的最小值PVMIN(t)的差值与PV1的均值PVAVG(t)的比值小于或等于a％，且1#PID回路的设定值SP1的均值SPAVG(t)与实际输入值PV1值的均值PVAVG(t)差值的绝对值e1小于或等于b。公式描述如下：
且满足e1＝|SPAVG(t)-PVAVG(t)|≤b，0＜t＜Time1 (2)
对于2#PID回路，在第二持续时间Time2内，2#PID回路的实际输入值PV2值(请参考图1)的波动范围(即PV2值的最大值PV′MAX(t)与PV2值的最小值PV′MIN(t)的差值与PV2的均值PV′AVG(t)的比值小于或等于c％，且2#PID回路的设定值SP2的均值SPAVG′(t)与实际输入值PV2值的均值PV′AVG(t)差值的绝对值e2小于或等于d。公式描述如下：
且满足e2＝|SPAVG′(t)-PV′AVG(t)|≤d，0＜t＜Time2 (4)
只有1#PID回路和2#PID回路均进入稳定控制阶段，即同时满足式1-4，润叶机的非线性控制系统才进入了线性区间。
S230：判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足解耦条件。若是，则执行S240；否则，返回S220。
作为一个实施例，判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足的解耦条件，具体包括：
S2301：构建第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路组成的线性化系统，如图4所示。
如图4所示，线性化系统中，出口物料水分y1由加水流量输入值u1的第一分量W11(s)和蒸汽流量输入值u2的第一分量W12(s)确定，出口物料温度y2由加水流量输入值u1的第二分量W21(s)和蒸汽流量输入值u2的第二分量W22(s)确定。加水流量输入值u1的前端设有开关S1，开关S1具有开环状态和闭环状态两个状态。开环状态下，加水流量输入值u1通过手动控制；闭环状态下，加水流量输入值u1为1#PID回路的输出值。出口物料水分y1反馈给1#PID回路进行PID调节。蒸汽流量输入值u2的前端设有开关S2，开关S2具有开环状态和闭环状态两个状态。开环状态下，蒸汽流量输入值u2通过手动控制；闭环状态下，蒸汽流量输入值u2为2#PID回路的输出值。出口物料温度y2反馈给2#PID回路进行PID调节。
线性系统中，两个开关使得系统双回路可以进入开环控制，以施加阶跃信号以求得各个通道的静态增益，最后得出多通道静态增益矩阵。
S2302：利用线性化系统进行实验，通过线性化系统采集多通道静态增益矩阵。
其中，多通道静态增益矩阵至少包括两个第一相对增益和两个第二相对增益。
采集第一相对增益包括：
P1：将加水流量输入值u1和蒸汽流量输入值u2的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值u1或蒸汽流量输入值u2不变，手动对蒸汽流量输入值u2或加水流量输入值u1施加第一阶跃信号，获得第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第一增益。
具体地，将加水流量输入值u1和蒸汽流量输入值u2的开关均设置为开环状态后，对加水流量输入值u1施加一个变化值为Δu1的阶跃信号，此时手动控制蒸汽流量输入值u2保持不变，记录出口物料水分y1随阶跃信号发生的变化量的稳态值Δy1，由此得到相对增益λ11的分子，即相对增益λ11的第一增益。相对增益λ11的第一增益计算公式为：
将加水流量输入值u1和蒸汽流量输入值u2的开关均设置为开环状态后，对蒸汽流量输入值u2施加一个变化值为Δu2的阶跃信号，此时手动控制加水流量输入值u1保持不变，记录出口物料温度y2随阶跃信号发生的变化量的稳态值Δy2，由此得到相对增益λ22的分子，即相对增益λ22的第一增益。相对增益λ22的第一增益计算公式为：
其中，Δu1和Δu2可以相同或不同。
P2：将加水流量输入值u1或蒸汽流量输入值u2的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值u2或加水流量输入值u1施加第一阶跃信号，获得第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第二增益。
具体地，在P1的基础上，将蒸汽流量输入值u2的开关S2设置为闭环状态，加水流量输入值u1的开关S1依旧采取开环状态，对加水流量输入值u1施加一个变化值为Δu1的阶跃信号，此时由于出口物料温度y2在PID自动控制作用下，因此蒸汽流量输入值u2在变化，这将使由加水流量输入值u1的变化造成的出口物料温度y2的变化量的稳态值Δy2逐渐减小，最后达到Δy2＝0，当然此时蒸汽流量输入值u2的变化又会引起出口物料水分y1的变化，在稳态时使Δy1变为Δy* 1，这样就得到了相对增益λ11的分母，即相对增益λ11的第二增益。相对增益λ11的第二增益计算公式为：
在P1的基础上，将加水流量输入值u1的开关S1设置为闭环状态，蒸汽流量输入值u2的开关S2依旧采取开环状态，对蒸汽流量输入值u2施加一个变化值为Δu2的阶跃信号，此时由于出口物料水分y1在PID自动控制作用下，因此加水流量输入值u1在变化，这将使由蒸汽流量输入值u2的变化造成的出口物料水分y1的变化量的稳态值Δy1逐渐减小，最后达到Δy1＝0，当然此时加水流量输入值u1的变化又会引起出口物料温度y2的变化，在稳态时使Δy2变为Δy* 2，这样就得到了相对增益λ22的分母，即相对增益λ22的第二增益。相对增益λ22的第二增益计算公式为：
P3：计算第一增益与对应的第二增益的比值，作为第一相对增益。
具体地，将式(5)与式(7)的比值作为相对增益λ11：
将式(6)与式(8)的比值作为相对增益λ22：
采集第二相对增益包括：
Q1：将加水流量输入值u1和蒸汽流量输入值u2的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值u1或蒸汽流量输入值u2不变，手动对蒸汽流量输入值u2或加水流量输入值u1施加第二阶跃信号，获得第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第三增益。
具体地，将加水流量输入值u1和蒸汽流量输入值u2的开关均设置为开环状态后，对加水流量输入值u1施加一个变化值为Δu11的阶跃信号，此时手动控制蒸汽流量输入值u2保持不变，记录出口物料温度y2随阶跃信号发生的变化量的稳态值Δy21，由此得到相对增益λ21的分子，即相对增益λ21的第三增益。相对增益λ21的第三增益计算公式为：
将加水流量输入值u1和蒸汽流量输入值u2的开关均设置为开环状态后，对蒸汽流量输入值u2施加一个变化值为Δu21的阶跃信号，此时手动控制加水流量输入值u1保持不变，记录出口物料水分y1随阶跃信号发生的变化量的稳态值Δy11，由此得到相对增益λ12的分子，即相对增益λ12的第三增益。相对增益λ12的第三增益计算公式为：
其中，Δu11和Δu21可以相同或不同，Δu11与Δu1不同，Δu21与Δu2不同。
Q2：将加水流量输入值u1或蒸汽流量输入值u2的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值u2或加水流量输入值u1施加第二阶跃信号，获得第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第四增益。
具体地，在Q1的基础上，将蒸汽流量输入值u2的开关S2设置为闭环状态，加水流量输入值u1的开关S1依旧采取开环状态，对加水流量输入值u1施加一个变化值为Δu11的阶跃信号，此时由于出口物料温度y2在PID自动控制作用下，因此蒸汽流量输入值u2在变化，这将使由加水流量输入值u1的变化造成的出口物料水分y1的变化量的稳态值Δy1逐渐减小，最后达到Δy1＝0，当然此时蒸汽流量输入值u2的变化又会引起出口物料温度y2的变化，在稳态时使Δy1变为Δy* 21，这样就得到了相对增益λ21的分母，即相对增益λ21的第二增益。相对增益λ21的第二增益计算公式为：
在Q1的基础上，将加水流量输入值u1的开关S1设置为闭环状态，蒸汽流量输入值u2的开关S2依旧采取开环状态，对蒸汽流量输入值u2施加一个变化值为Δu21的阶跃信号，此时由于出口物料水分y1在PID自动控制作用下，因此加水流量输入值u1在变化，这将使由蒸汽流量输入值u2的变化造成的出口物料温度y2的变化量的稳态值Δy2逐渐减小，最后达到Δy2＝0，当然此时加水流量输入值u1的变化又会引起出口物料水分y1的变化，在稳态时使Δy1变为Δy* 11，这样就得到了相对增益λ12的分母，即相对增益λ12的第二增益。相对增益λ12的第二增益计算公式为：
Q3：计算第三增益与对应的第四增益的比值，作为第二相对增益。
具体地，将式(11)与式(13)的比值作为相对增益λ21：
将式(12)与式(14)的比值作为相对增益λ12：
基于上述四个相对增益λ12、λ21、λ11、λ22即可获得多通道静态增益矩阵。
S2303：若多通道静态增益矩阵内的元素满足预设条件，则第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路满足的解耦条件。
具体地，预设条件包括两个。
1、验证通过上述线性化系统获得多通道静态增益矩阵的方法是否合理。
具体地，根据相对增益的特性，多通道静态增益矩阵内的元素应满足如下关系：
若多通道静态增益矩阵满足式(17)，说明通过上述线性化系统获得多通道静态增益矩阵的方法是合理的，则继续判定如下的条件2。否则，返回S220，通过减小参数a％、b、c％、d的值重新判定是否进入稳定控制阶段，直至获得的多通道静态增益矩阵满足式(17)。
2、根据润叶机机理特性，第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路之间必然存在较大的耦合关系，则可推出相对增益取值范围如下：
若多通道静态增益矩阵满足式(18)，说明系统需要进行解耦校正控制，进入步骤S240。若多通道静态增益矩阵的元素出现负数，则返回S220，减小参数a％、b、c％、d的值，重新判定是否进入稳定控制阶段，直至获得的多通道静态增益矩阵满足式(17)和(18)。如果λ11和λ22的值接近1，则系统无需解耦，采用原有控制方式控制。
S240：在第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路的输出端串接解耦控制器，并计算解耦控制器的传递函数矩阵的传递函数。
如图5所示，解耦控制器的输入端与1#PID回路的输出端和2#PID回路的输出端连接，解耦控制器输出分量W11(s)、W21(s)、W12(s)和W22(s)，以确定出口物料水分y1和出口物料温度y2。图中，由分量W11(s)、W21(s)、W12(s)和W22(s)组成的第一传递函数矩阵为WO(s)，解耦控制器的第二传递函数矩阵为WD(s)，1#PID回路和2#PID回路组成的传递函数矩阵为WC(s),加水流量输入值u1和蒸汽流量输入值u2组成的原系统控制器输出信号为U(s)，整个系统输出信号为Y(s)(包括出口物料水分y1和出口物料温度y2)。整个系统输出信号与控制量之间的关系为：
Y(s)＝WO(s)·WD(s)·U(s) (19)
其中，第一传递函数矩阵为WO(s)的形式为：
其中W11(s)为加水流量控制影响出口物料水分的过程模型传递函数，W22(s)为蒸汽流量控制影响出口物料温度的过程模型传递函数，W21(s)为加水流量控制影响出口物料温度的过程模型传递函数，W12(s)为蒸汽流量控制影响出口物料水分的过程模型传递函数。上述四个过程模型传递函数采用过程辨识方法得出。
基于上述，本申请采用对角矩阵原理来消除耦合，使得WO(s)·WD(s)成为对角矩阵Λ(s)。则对角矩阵Λ(s)的定义公式为：
为了保证系统易于实现，且保证系统原有PID控制的过程控制传递函数不发生变化，对角矩阵Λ(s)的对角元素的传递函数与原系统传递函数矩阵对应的传递函数保持一致，即：
由此推导出解耦控制器的传递函数矩阵WD(s)的传递函数为：
S250：依据传递函数(上述式23)对解耦控制器进行控制，实现润叶机的出口温度与出口水分的解耦控制，以消除两个回路之间的耦合作用。
生产阶段结束，关闭解耦控制策略，1#PID回路和2#PID回路均采用非耦合的单输入单输出的闭环PID控制。
基于上述，本申请还提供一种润叶机的出口温度和出口水分控制装置。如图6所示，润叶机的出口温度和出口水分控制装置包括第一控制模块610、第一判断模块620、第二判断模块630、串接模块640以及第二控制模块650。
第一控制模块610用于在润叶机进入工艺预热或者生产阶段模式时，采用第一单闭环负反馈PID控制回路对水分控制回路中的加水流量进行控制，采用第二单闭环负反馈PID控制回路对温度控制回路中的蒸汽流量进行控制。
第一判断模块620用于判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否均进入稳定控制阶段。
第二判断模块630用于判断第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足解耦条件。
串接模块640用于在第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路的输出端串接解耦控制器，并计算解耦控制器的传递函数矩阵的传递函数。
第二控制模块650用于依据传递函数对解耦控制器进行控制，实现润叶机的出口温度与出口水分的解耦控制。
优选地，第一单闭环负反馈PID控制回路或第二单闭环负反馈PID控制回路满足如下条件时进入稳定控制阶段：
在预设的持续时间内，第一单闭环负反馈PID控制回路或第二单闭环负反馈PID控制回路的实际输入值的波动范围小于或等于对应的第一阈值，且设定值与实际值输入值的差值的绝对值小于或等于对应的第二阈值。
优选地，第二判断模块630包括构建模块6301、增益矩阵采集模块6302以及第三判断模块6303。
构建模块6301用于构建第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路组成的线性化系统。
增益矩阵采集模块6302用于通过线性化系统采集多通道静态增益矩阵。
第三判断模块6303用于在多通道静态增益矩阵内的元素满足预设条件时，判定第一单闭环负反馈PID控制回路和第二单闭环负反馈PID控制回路满足的解耦条件。
优选地，增益矩阵采集模块6302包括第一增益采集模块、第二增益采集模块以及第一计算模块。
第一增益采集模块用于将线性化系统中加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第一阶跃信号，获得第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第一增益。
第二增益采集模块用于将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第一阶跃信号，获得第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第二增益。
第一计算模块用于计算第一增益与第二增益的比值，作为第一相对增益。
优选地，增益矩阵采集模块6302还包括第三增益采集模块、第四增益采集模块以及第二计算模块。
第三增益采集模块用于将加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第二阶跃信号，获得第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第三增益。
第四增益采集模块用于将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第二阶跃信号，获得第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第四增益。
第二计算模块用于计算第三增益与第四增益的比值，作为第二相对增益。
本申请的有益效果如下：
1、本申请不仅包括了润叶机的出口物料温度和出口物料水分的解耦控制方法，消除了原有系统中出口物料温度控制和出口物料水分控制之间的互相影响作用，还以公式化的形式定义了双回路稳定控制阶段，有效地识别出了利用非线性系统作线性化近似的应用场景和控制前提。
2、本申请通过设置开关信号来设计用于试验的线性化系统，通过手动施加阶跃信号求得各个过程的静态增益，并最终获取线性化系统的多通道静态增益矩阵，并且根据机理经验来验证增益矩阵的数值是否符合常理，为解耦控制的稳定性、收敛性、鲁棒性做了实验验证。
3、本申请通过串接解耦控制器以及对角矩阵来消除耦合关系，并且为了保证解耦系统易于实现，且保证系统原有PID控制的过程控制传递函数不发生变化，对角矩阵的对角元素的传递函数设计为与原系统传递函数矩阵对应的传递函数保持一致，确保了解耦控制的稳定性、收敛性、鲁棒性。
4、本申请设计的解耦控制方法仅在生产阶段、工艺预热阶段的线性化控制区域使用，进入非稳定控制的非线性控制区域时使用不解耦控制方法，使得整个系统灵活且保持相对稳定与收敛，又具有较好的动态特性。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种润叶机的出口温度和出口水分控制方法，其特征在于，包括：
润叶机进入工艺预热或者生产阶段模式时，采用第一单闭环负反馈PID控制回路对水分控制回路中的加水流量进行控制，采用第二单闭环负反馈PID控制回路对温度控制回路中的蒸汽流量进行控制；
判断所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路是否均进入稳定控制阶段；
若是，则判断所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足解耦条件；
若是，则在所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路的输出端串接解耦控制器，并计算解耦控制器的传递函数矩阵的传递函数；
依据所述传递函数对所述解耦控制器进行控制，实现润叶机的出口温度与出口水分的解耦控制。
2.根据权利要求1所述的润叶机的出口温度和出口水分控制方法，其特征在于，所述第一单闭环负反馈PID控制回路或所述第二单闭环负反馈PID控制回路满足如下条件时进入稳定控制阶段：
在预设的持续时间内，所述第一单闭环负反馈PID控制回路或所述第二单闭环负反馈PID控制回路的实际输入值的波动范围小于或等于对应的第一阈值，且设定值与实际值输入值的差值的绝对值小于或等于对应的第二阈值。
3.根据权利要求1所述的润叶机的出口温度和出口水分控制方法，其特征在于，判断所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足的解耦条件，具体包括：
构建所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路组成的线性化系统；
通过所述线性化系统采集多通道静态增益矩阵；
若所述多通道静态增益矩阵内的元素满足预设条件，则所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路满足的解耦条件。
4.根据权利要求3所述的润叶机的出口温度和出口水分控制方法，其特征在于，所述多通道静态增益矩阵至少包括两个第一相对增益和两个第二相对增益；
采集所述第一相对增益包括：
将所述线性化系统中加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第一阶跃信号，获得所述第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第一增益；
将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加所述第一阶跃信号，获得所述第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第二增益；
计算所述第一增益与所述第二增益的比值，作为所述第一相对增益。
5.根据权利要求4所述的润叶机的出口温度和出口水分控制方法，其特征在于，采集所述第二相对增益包括：
将加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第二阶跃信号，获得所述第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第三增益；
将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加所述第二阶跃信号，获得所述第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第四增益；
计算所述第三增益与所述第四增益的比值，作为所述第二相对增益。
6.一种润叶机的出口温度和出口水分控制装置，其特征在于，包括第一控制模块、第一判断模块、第二判断模块、串接模块以及第二控制模块；
所述第一控制模块用于在润叶机进入工艺预热或者生产阶段模式时，采用第一单闭环负反馈PID控制回路对水分控制回路中的加水流量进行控制，采用第二单闭环负反馈PID控制回路对温度控制回路中的蒸汽流量进行控制；
所述第一判断模块用于判断所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路是否均进入稳定控制阶段；
所述第二判断模块用于判断所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路是否满足解耦条件；
所述串接模块用于在所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路的输出端串接解耦控制器，并计算解耦控制器的传递函数矩阵的传递函数；
所述第二控制模块用于依据所述传递函数对所述解耦控制器进行控制，实现润叶机的出口温度与出口水分的解耦控制。
7.根据权利要求6所述的润叶机的出口温度和出口水分控制装置，其特征在于，所述第一单闭环负反馈PID控制回路或所述第二单闭环负反馈PID控制回路满足如下条件时进入稳定控制阶段：
在预设的持续时间内，所述第一单闭环负反馈PID控制回路或所述第二单闭环负反馈PID控制回路的实际输入值的波动范围小于或等于对应的第一阈值，且设定值与实际值输入值的差值的绝对值小于或等于对应的第二阈值。
8.根据权利要求6所述的润叶机的出口温度和出口水分控制装置，其特征在于，所述第二判断模块包括构建模块、增益矩阵采集模块以及第三判断模块；
所述构建模块用于构建所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路组成的线性化系统；
所述增益矩阵采集模块用于通过所述线性化系统采集多通道静态增益矩阵；
所述第三判断模块用于在所述多通道静态增益矩阵内的元素满足预设条件时，判定所述第一单闭环负反馈PID控制回路和所述第二单闭环负反馈PID控制回路满足的解耦条件。
9.根据权利要求8所述的润叶机的出口温度和出口水分控制装置，其特征在于，所述增益矩阵采集模块包括第一增益采集模块、第二增益采集模块以及第一计算模块；
所述第一增益采集模块用于将所述线性化系统中加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第一阶跃信号，获得所述第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第一增益；
所述第二增益采集模块用于将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加所述第一阶跃信号，获得所述第一阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第二增益；
所述第一计算模块用于计算所述第一增益与所述第二增益的比值，作为第一相对增益。
10.根据权利要求9所述的润叶机的出口温度和出口水分控制装置，其特征在于，所述增益矩阵采集模块还包括第三增益采集模块、第四增益采集模块以及第二计算模块；
所述第三增益采集模块用于将加水流量输入值和蒸汽流量输入值的开关均设置为开环状态，手动控制加水流量输入值或蒸汽流量输入值不变，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加第二阶跃信号，获得所述第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第三增益；
所述第四增益采集模块用于将加水流量输入值或蒸汽流量输入值的开关设置为闭环状态，手动对蒸汽流量输入值或加水流量输入值施加所述第二阶跃信号，获得所述第二阶跃信号带来的出口物料水分或出口物料温度的变化，作为第四增益；
所述第二计算模块用于计算所述第三增益与所述第四增益的比值，作为第二相对增益。
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