模糊PID技術(shù)在煙葉烘烤中的應(yīng)用

　　[摘 要]針對(duì)煙葉烘烤過(guò)程中不同時(shí)期對(duì)溫度和濕度的不同要求,提出了基于模糊PID的煙葉烘烤控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用模糊PID調(diào)節(jié)技術(shù),通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,縮小烤房?jī)?nèi)上下部溫差,實(shí)現(xiàn)烤房?jī)?nèi)溫度基本均勻;通過(guò)調(diào)節(jié)供氧鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制燃煤供氧量,從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行升溫、穩(wěn)溫控制;通過(guò)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)步距值,控制補(bǔ)風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟角度,控制進(jìn)風(fēng)量,從而實(shí)現(xiàn)烤房?jī)?nèi)濕度保持平穩(wěn),提高煙葉色、香、質(zhì)等級(jí),提高煙葉品質(zhì)。運(yùn)行表明,該控制系統(tǒng)能有效地控制被控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài),具有控制精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn),確保了煙葉烘烤質(zhì)量。
　　[關(guān)鍵詞]煙葉烘烤;模糊PID;溫度控制;濕度控制
　　[中圖分類(lèi)號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1005-6432(2009)31-0016-02
　　
　　1 引 言
　　
　　鮮煙素質(zhì)是獲得高品質(zhì)煙葉的基礎(chǔ),先進(jìn)的煙葉烘烤工藝及烘烤控制系統(tǒng)是獲得高品質(zhì)煙葉的技術(shù)保障。煙葉烘烤工藝分為變黃、凋萎、干尖、干片和干筋五個(gè)烘烤時(shí)期,每個(gè)時(shí)期所要求的溫度和濕度是不同的,同時(shí)其升溫速率也不盡相同。傳統(tǒng)的人工監(jiān)守烤房烘烤工藝無(wú)法精確控制升溫速率,無(wú)法精確控溫和穩(wěn)溫,因此就無(wú)法烤出高品質(zhì)的煙葉,直接影響高檔香煙的生產(chǎn),削弱我國(guó)香煙的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。為此,開(kāi)發(fā)高性能的溫濕度控制系統(tǒng)顯得尤為重要。
　　
　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　
　　本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),由控制、鍵盤(pán)顯示、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、單相交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速和開(kāi)關(guān)電源等模塊組成,系統(tǒng)的溫濕度采集由DS18B20數(shù)字式溫度傳感器實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)圖1。
　　顯示內(nèi)容包括設(shè)定溫濕度參數(shù)、設(shè)定烘烤時(shí)間、烘烤進(jìn)程、運(yùn)行狀態(tài)、鍵盤(pán)狀態(tài)、專(zhuān)家程序編號(hào)、四組傳感器的實(shí)時(shí)采樣值、風(fēng)門(mén)狀態(tài)、供氧風(fēng)機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間等,風(fēng)門(mén)有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),供氧風(fēng)機(jī)及循環(huán)風(fēng)機(jī)有單相交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),其轉(zhuǎn)速由其驅(qū)動(dòng)模塊控制,可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
　　
　　3 自適應(yīng)模糊PID控制器技術(shù)
　　
　　PID控制由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高,廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制,常規(guī)PID控制器作為一種線(xiàn)形控制器,其數(shù)學(xué)模型為:
　　
　　將各變量的隸屬度函數(shù)選擇為三角函數(shù)。
　　根據(jù)變量的隸屬度函數(shù),可得到各語(yǔ)言變量的賦值。根據(jù)語(yǔ)言變量的值,經(jīng)模糊推理得到模糊控制集,通過(guò)對(duì)模糊控制集的解模糊化可以得到各控制參數(shù)的數(shù)值。
　　3.2.2 模糊控制規(guī)則
　　
　　4 試驗(yàn)與結(jié)果
　　
　　依據(jù)模糊PID調(diào)節(jié)技術(shù)設(shè)計(jì)的煙葉烤香溫濕度控制系統(tǒng),根據(jù)烤房?jī)?nèi)溫度的變化能很好地控制燃煤供氧風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)時(shí)控制供氧量,實(shí)現(xiàn)溫度控制,根據(jù)烤房?jī)?nèi)濕度的變化能很好地控制補(bǔ)風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟角度,實(shí)現(xiàn)保濕和排濕,確保烤房?jī)?nèi)的濕度要求,從而確保煙葉烘烤質(zhì)量。
　　本系統(tǒng)2007年經(jīng)信陽(yáng)煙葉烘烤基地實(shí)地烘烤對(duì)比試驗(yàn),對(duì)照設(shè)備為金葉控制設(shè)備,每小時(shí)記錄溫濕度數(shù)據(jù),結(jié)果表明,溫濕度控制精度在±0.3℃。
　　烘烤后進(jìn)行感官質(zhì)量鑒定和經(jīng)濟(jì)效益分析。感官質(zhì)量鑒定表明(見(jiàn)表2),與對(duì)照組相比,煙葉的香氣質(zhì)有所提高,雜氣、刺激性降低,口感變好,煙氣柔和細(xì)膩程度增加。
　　與對(duì)照組相比,采用本系統(tǒng)烘烤的煙葉均價(jià)平均增加2.01元/公斤;上等煙比例平均增加7.89%;橘色煙明顯增加,平均增加為9.97%;每擔(dān)煙平均增加100.60元。
　　
　　5 結(jié) 論
　　
　　利用模糊控制理論和PID控制技術(shù)構(gòu)成的自適應(yīng)模糊PID控制算法,實(shí)時(shí)整定PID控制參數(shù),據(jù)此設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能有效地控制被控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài),具有控制精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。同時(shí)該種控制方法具有較強(qiáng)的可移植性,可廣泛應(yīng)用于加熱領(lǐng)域、流體壓力控制領(lǐng)域等。
　　
　　參考文獻(xiàn):
　　[1]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000.
　　[2]張化光,何希勤.模糊自適應(yīng)理論及其應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.
　　[3]李英順,倫淑嫻.模糊PID溫度測(cè)控儀[J].儀器儀表與傳感器,2003(1):20-21.
　　[4]翟旭生,謝壽生,楊偉,等.基于自適應(yīng)模糊PID控制的恒壓供氣系統(tǒng)[J].液壓與氣動(dòng),2008(2):21-23.
　　
　　[收稿日期]2009-07-01

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