[發明專利]基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法

在審

• 申請號: 202011638115.5
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112799302A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 湯哲;李瑤;鄒振華;張立;陳華榮
• 申請（專利權）人: 長沙湘豐智能裝備股份有限公司;中南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 謝新苗

本發明公開了一種基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法，將傳統的PID控制算法與模糊控制技術相結合生成模糊PID控制算法，并將模糊PID控制算法應用于茶葉揉捻機的壓力控制系統之上，施加了模糊PID控制的揉捻機能夠根據傳感器實時反饋揉桶中的壓力，操作人員只需在不同時間設定所需的壓力，控制系統就能迅速響應，并能在很快的時間內達到穩定，即使在有外界干擾的情況下，其只會產生微小的變化，然后迅速回歸穩定，具有節省人力資源，提高茶葉揉捻品質，提升揉捻機抗干擾能力的優點。

技術領域

本發明涉及茶葉加工控制技術領域，特別是涉及一種基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法。

背景技術

茶葉在21世紀已經成為了人們日常生活中的常見飲品，因其具有豐富的營養價值和蘊含幾千年的文化魅力，越來越受到人們的關注與重視，而目前茶葉的各種加工工藝卻在制約著茶葉的生產。揉捻是茶葉初制生產過程中的關鍵環節，最終生產出來的茶葉的外觀和質量很大程度上取決于揉捻環節。由于現有茶葉揉捻機的壓力大小不能實時控制、浪費了大量人力資源，導致工作效率低下。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法，將模糊控制技術與傳統PID控制算法相結合的模糊PID控制算法應用在揉捻機的壓力控制之上，不僅可以節省人力資源，提高茶葉揉捻的品質，還能提升揉捻機的抗干擾能力。

一方面，本發明提供了一種基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法，將模糊PID控制算法應用于茶葉揉捻機的壓力控制系統之上，所述模糊PID控制算法將傳統的PID控制算法與模糊控制技術相結合，由模糊控制技術對傳統的PID控制算法中的Kp、Ki和Kd進行在線調整，所述基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法包括以下步驟：

S1、操作人員對壓力控制系統在每個采樣時刻設定一個所需要的壓力給定值，壓力傳感器在每個采樣時刻實時采集并反饋壓力控制系統的實際壓力值，壓力控制系統同一采樣時刻將得到的壓力給定值與實際壓力值進行比較和相關計算，得出偏差E值；

S2、將得到的E值與上一次采樣時刻得到的E值進行壓力控制系統中的d/dt計算，即得到壓力控制系統中偏差E值的變化率EC；

S3、將計算得到的E值與EC值輸入模糊控制技術的模糊控制器中，根據事先設定的模糊控制規則進行相關推理與決策后，得出的控制結果輸入PID控制器中進行Kp、Ki和Kd參數調節，計算出最后的控制結果；

S4、執行器接收PID控制器中輸出的最后的控制結果，并根據該最后的控制結果控制茶葉揉捻機壓蓋的升降，以此來控制茶葉揉捻機揉捻壓力的大小。

進一步地，所述步驟S3具體表現為：將計算得到的E值與EC值輸入模糊控制技術的模糊控制器中，模糊控制器將輸入的E值與EC值，根據事先設定的模糊控制規則，進行相關推理與決策，得出ΔKp、ΔKi和ΔKd的值，并將其分別輸入到PID控制器之中，PID控制器根據得到的ΔKp、ΔKi和ΔKd的值修改PID控制器中對應的Kp、Ki和Kd的值，然后再根據輸入的E值和EC值，計算出最后的控制結果。

進一步地，所述模糊控制規則包括Kp控制規則表、Ki控制規則表和Kd控制規則表，其中，所述Kp控制規則表包括E、EC、Kp、NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB，Ki控制規則表包括E、EC、Ki、NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB，Kd控制規則表包括E、EC、Kd、NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB，E和EC為模糊控制技術中控制器的輸入，Kp、Ki和Kd為模糊控制器對PID控制器的調整參數，NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB分別是對相應參數模糊化后的模糊狀態。

進一步地，所述步驟S3中PID控制器中進行Kp、Ki和Kd參數調節具體為：