[发明专利]滚筒烘丝过程的变参数控制方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及烟草生产的相关技术领域，具体地说是一种滚筒烘丝过程的变参数控制方法。

 

背景技术

在烟草加工过程中，烘丝环节是制丝生产线上的重要环节，直接影响成品烟丝的质量。其主要功能是确保烘丝机出口烟丝达到卷烟工艺要求的含水率，提高烟丝的成丝率和填充值，改变烟丝的物理性能。

在烘丝过程中，当烘筒热风的温度发生波动时，出口烟丝的物理质量（整丝率、碎丝率和填充值）和感官质量都会受到较大的影响（《中国烟草学报》, 2007(6), 24-29；《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》, 2009(1), 5-8），且烘丝过程传热滞后较大，当热风温度发生变化或有扰动产生时，系统不能立即感知，控制作用严重滞后，从而影响对含水率的及时控制（《电气传动自动化》, 2007(6), 32-35；《烟草科技》, 2005(6), 10-15）。因而将出口含水率和热风温度构成串级控制系统，热风温度控制作为串级控制系统中的副回路或内环，当热风温度发生变化时，预先进行调节，使得其尚未导致出口含水率有明显变化前就已经被克服。出口含水率控制作为串级控制系统中的主回路或外环，其控制输出为内环控制器的给定输入。由于内环的存在可以显著减小其相位滞后，外环的动态品质可以得到适当的提高，对负荷侧扰动的抑制能力也有所提高。

传统的烘丝过程出口含水率的串级控制框图如图1所示。

但这种基于传统PID（固定控制器参数）控制的方案存在以下两个突出问题：一是在正常生产阶段，由于烘丝过程的非线性性和滞后等特点，使得含水率PID控制器参数无法设置在最优状态，出口含水率波动幅度大；二是出口含水率测量含有较严重的噪声，原一阶滤波环节存在严重缺陷：滤波时间常数太大，控制作用滞后，控制品质下降；滤波时间常数太小，测量波动大，控制作用频繁，也会造成热风温度控制频繁，从而影响执行器的使用寿命。

 

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术所存在的问题，提出了一种滚筒烘丝过程的变参数控制方法──带死区的变参数PID(PID Controller with Variable Arguments, VAPID)含水率控制方法，通过在线调节PID参数来提高控制性能，可有效解决烘丝过程中非线性和大滞后对烟丝出口含水率的影响，增强系统抗干扰能力，提高烟丝出口含水率控制精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的滚筒烘丝过程的变参数控制方法，包括由出口含水率和热风温度构成的串级控制系统，热风温度控制作为串级控制系统中的副回路或内环，当热风温度发生变化时，预先进行调节，使得其尚未导致出口含水率有明显变化前就已经被克服，出口含水率控制作为串级控制系统中的主回路或外环，其控制输出为内环控制器的给定输入，其中：出口含水率控制采用带死区的变参数PID控制方式，当出口含水率与设定的含水率偏差                                               在死区范围内（）时，该PID不产生控制动作，避免了因频繁动作而造成执行机构的损坏；而当偏差在一个设定的较小范围内（）时，适当减小比例系数、增大积分系数和微分系数；当偏差在较大范围内（）时，适当增大比例系数、减小积分系数和微分系数，使得既有利于加快响应速度、减小稳态误差，又可以保证很好的稳定性、防止积分饱和。

带死区的PID控制算法表达式可表示为：

                                                                                                 

式中，是出口含水率和设定值的跟踪偏差；是一个可调参数，根据实际控制对象用实验确定，若太小，会使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象的目的；太大，会使系统产生较大的滞后，通常选取为被控参数的5%之内；

采用Gauss函数为基础构成变参数含水率控制器参数P、I、D的增益函数、、，其函数形式为：