[發明專利]一種基于預測PI算法控制系統的煙葉復烤機水分控制方法

有效

• 申請號: 201210582611.2
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103054152A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 羅巖峰;劉永強;謝曉斌;李敏;陳越立
• 申請（專利權）人: 廣東中煙工業有限責任公司
• 主分類號: A24B3/04
• 分類號: A24B3/04;A24B3/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重

技術領域

本發明涉及打葉復烤技術領域，具體涉及一種基于預測PI算法控制系統的煙葉復烤機水分控制方法。

背景技術

煙葉復烤過程是一個多干擾、強耦合、大滯后、非線性、不確定的大熱容過程。在生產過程中，始終存在著具有一定溫度、濕度、壓力、流速的傳熱介質?(熱氣體?)與煙葉在相對運動過程中發生熱交換作用，從而達到煙葉的干燥、冷卻、回潮等目的。不同過程的任一區段溫度、濕度的變化，都會影響到其后各區段參數的變化和出口煙葉水分含量的變化，這就使建立系統的機理模型變得相當復雜,具體表現在以下幾個方面：

1）干擾因素多：入口煙葉的水分、溫度、產地、品種、等級對出口水分都有非常重要的影響；加熱蒸汽和回潮蒸汽的壓力、溫度以及飽和程度直接影響出口煙葉的水分和溫度；環境空氣的溫度、濕度對冷卻階段的煙葉水分和溫度也有較大的間接影響。

2）測量儀表存在一定的問題，特別是紅外水分儀精度受外界的影響較大，基準值易發生漂移，冷房水分儀表測量值受電噪聲的污染，測量值波動頻繁，嚴重的影響了閉環控制的性能。

3）生產過程特性多變：受前部打葉過程的影響，煙葉進料流量、煙葉喂料機的速度有時需要進行調整來滿足生產的連續，這樣就導致了過程的特性參數發生改變；同時，煙葉復烤在高溫、高濕和粉塵等環境下工作，設備也會發生異常，在這種情況下，操作人員需要隨時改變工藝操作，使過程特性具有多樣性，難以實現穩定的PID閉環控制。

4）水分的控制是一個大滯后過程：往往在出口水分發生變化后，再對其進行控制是不及時的，造成的直接后果是水分在設定值上下波動，不能穩定。

以上原因的存在增加了復烤出口水分控制的難度，而PID控制算法本身具有很多的局限性，如其為具有反向特性的非最小相位系統、具有嚴重頻繁干擾的過程系統、多變量強耦合系統、帶有約束的控制系統和大滯后系統，運用簡單的PID控制算法進行的閉環控制甚至不能保證系統的穩定，更談不上控制的精度。

在經典控制系統，其更注重于設備的單體運轉以及設備之間的連鎖運行，針對特定的控制回路仍采用傳統的PID算法，而且這些控制回路自成獨立，忽視了多因素之間的“合力作用”，例如：烤片出口煙葉的含水率很大程度受各個控制回路的共同影響。以干燥區溫度控制為例，對于如圖1所示的一個控制系統的響應曲線來說：當實際溫度低于設定值時，加大蒸汽閥門開度，反之實際溫度高于設定值時就關小蒸汽閥門。根據設定值與測量值之間的偏差來調節控制的輸出，這就是傳統PID算法的思想。但是由于實際過程中遇到的系統都具有慣性，當蒸汽閥門開大到一定開度并保持，使實際溫度上升至設定值附近（如圖1中OA段），由于慣性作用，勢必會出現超調（圖1中AB段）。此時再關小蒸汽閥門，則溫度下降（圖1中BC段），又由于慣性原因，出現反向超調（圖1中CD段）……經過一段時間的反復調節后，最終使溫度穩定在設定值的上下。PID參數整定的好壞，決定了曲線最后達到穩定所需的時間。而若是由人工手動控制，由于經驗差異，不同水平的操作工控制線的穩定時間長短不一，經驗豐富的操作工經常放棄計算機自動PID調節而完全憑自己的經驗來控制，如圖1所示，在溫度上升過程中（圖1中OA段），當實際值接近設定值而未達到時，即提前開始逐漸減小蒸汽閥門的開度，這樣即使是出現超調（圖1中AB段），其量也比較小，并且實際值很快又再次調頭向下，往設定值方向逼近。整個過程中，操作工依靠自己的經驗判斷，提前對蒸汽閥門進行了開大、減小控制。。然而，在現場生產過程中，往往受各種因素的影響（如蒸汽壓力、設定值改變、煙葉流量水分大小等），控制將變得復雜的多。況且在整個烤片機控制系統中，需要控制的回路有十個之多（甚至更多），仍然依靠人工經驗調控，其難度是可想而知的，準確度是無法保證的。因此要生產出高質量的成品，必須對生產加工過程做全盤考慮，除了分析單個回路對成品的影響還必須建立生產模型分析出多個回路之間的相互影響、外部干擾對控制的影響和生產工況條件約束等。只有通過創建出精準的生產模型，把各種因素及其相關性都納入整個系統綜合考慮，才能實現優秀的控制效果。

發明內容

本發明解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種對煙葉復烤過程進行水分和溫度的自動控制，能夠提升控制精度的基于預測PI算法控制系統的煙葉復烤機水分控制方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于預測PI算法控制系統的煙葉復烤機水分控制方法，所述預測PI算法控制系統通過預測PI控制器實現，所述方法包括如下步驟：