[發明專利]用于大慣性系統煙片回潮機的加水離散調節方法

有效

• 申請號: 201210007020.2
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN103202526A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 王志強;黃堃;秦明星;林蔚;龐浩
• 申請（專利權）人: 湖北中煙工業有限責任公司
• 主分類號: A24B3/04
• 分類號: A24B3/04
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 雷速

技術領域

本發明涉及煙草加工設備的自動控制領域，是一種適用于存在大擾動大慣性環節控制系統的離散控制方法，特別是用于煙片回潮機的加水離散調節方法。

背景技術

隨著煙草生產線的自動化控制程度不斷提高，對生產設備的控制指標也越來越嚴格。煙片回潮機是繼切片機后，制絲生產線第二道關鍵工藝加工點，其作用是向經過切片后的烤煙煙塊中加水、加蒸汽，來實現物料的松散、升溫、回潮，其中回潮后的物料水份值是最關鍵的工藝指標。回潮機加水系統的主要原理是調節回潮機的加水量進而實現對物料水份的控制。回潮機的加水系統是一個受多種因素干擾的大擾動系統，這些擾動因素包括：被加工物料的種類、組分，煙包切片的寬度及煙包之間水分的差異等等。

傳統的回潮機加水控制采用傳統負反饋控制方法(圖1)，首先人為設定一個水份指標(SP)，系統對回潮機出口實際水份值(PV)進行采樣，通過比對水份實際值與水份設定值之間的偏差(SP-PV)，進而對加水薄膜閥的開度(CV)進行調節，使得水份實際值趨近或等于水份設定值。其中，系統控制量(CV)是連續的，根據偏差的大小不斷改變。傳統的反饋控制方法具有反應迅速，系統靈敏度高的特點，因而在小慣性、快速響應的系統中使用效果非常好。然而，回潮機加水系統是一個大慣性的，響應速度較慢、干擾因素較多的系統，從開始改變加水量，到出口物料水份變化的整個響應時間長達5到7分鐘。因此，傳統的負反饋控制方法使得系統長時間連續震蕩，出口水份無法穩定。

發明內容

本發明公開的用于煙片回潮機的加水離散調節方法是適應大擾動大慣性系統的一種離散控制方法，所謂離散的控制方法是指系統控制量是不連續調節的，在通常情況下，控制量在生產過程中保持一定值不變，只有當系統滿足一定條件時，控制量才作變化，此種調節方法可以適當降低系統的響應速度，更好的適應大慣性、大滯后的系統，避免系統產生連續震蕩而無法穩定。

所述方法對水分的調節有三個步驟，下面分別詳述：

步驟一預加水估計，

回潮機只有出口水分儀，因此在回潮機處于頭料階段的時候，回潮機出口無物料，因此反饋的水分值不是真實值，從而導致無法采用反饋調節加水量。因此在回潮機處于頭料階段時，我們設計了一種以時間為自變量的加水函數，這個函數就是系統的預加水估計，預加水估計分兩個階段：

階段一、系統根據加水估計函數：加水設定值(kg/h)＝入口物料流量(kg/h)×(水份設定值％-C1)/(C2-水份設定值％)×加水系數C，其中常數C1取值為12，常數C2取值為100，加水系數C的取值范圍為0.2-0.5，水份設定值％取值為17.5％，在頭料狀態對煙葉進行加水控制；

階段二、檢測是否有煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態是否結束，若未結束繼續步驟一，當有煙葉從煙片回潮筒輸出時即頭料狀態臨近結束時，系統繼續按照階段一的加水估計函數根據水份儀讀數對加水量進行調節，直到系統的出口水份達到目標設定值17.5％，此時系統記錄下當前的加水量并保持，并檢測當前水份值x，同時將系統切換到離散調節狀態，進行步驟二；

步驟二、離散采樣：

這里所說的采樣值指的是系統對出口水分儀的值每隔一段時間T進行一次數據采樣。

圖2是描述出口水份隨時間變化的一段趨勢圖，其中e(t)是出口水份值；橫軸t是時間；T是采樣周期；τ是采樣時間。折線是葉片出口水份隨時間變化的連續函數，黑色的虛線是系統經過采樣后，使用五點三次平滑法進行平滑后的曲線，即將隨時間變化的非線性連續函數等效為離散的“線性”函數。

采用離散采樣的好處是使系統能把握水份的變化總趨勢，減小擾動和噪聲對系統的影響，使系統能夠更有效的調節。

步驟三、趨勢對比及調節：

這里的趨勢主要指因變量(出口水份)的變化方向(升高或降低)。我們將當前出口水份數據X與采樣值F(t)進行對比，從而判斷此時的水分變化方向及趨勢。

1、當x-F(t)＞n時，說明出口水份正在增大；

2、當x-F(t)＜-n時，說明出口水份正在減小；以上提到n的取值范圍為0.02-0.05，可根據實際情況進行人為修正。

加水系統會實時分析加水趨勢，根據水份變化的趨勢判斷是對加水量進行調節還是保持當前加水量不變。n的取值與系統的擾動與慣性的大小有關，每個系統各異，這些值一般在系統調試中給出。上面已經提到，系統已在估計加水第二階段儲存了一個記憶值。系統會以這個值為基礎與目標水份值進行負反饋調節，調節幅度根據實際情況可進行人為調整。