[发明专利]一种对烟叶复烤机出口烟叶水分的多策略复合控制方法

说明书

技术领域

本发明公开一种对烟叶复烤机出口烟叶水分多策略复合控制方法及系统，特别是涉及打叶复烤生产线上一种对烟叶复烤机出口烟叶水分先进的控制方法。属烟草加工领域，

背景技术

烟叶复烤是烟叶从农产品转变到工业生产原料的一个整理和准备性的加工过程，是烟草整体加工中非常重要的环节。烟叶复烤的主要用途是对打叶分离之后的烟叶片进行处理，使叶片的水分、温度达到规定的工艺技术指标。烟叶复烤机按工艺特点主要分干燥段、冷却段和回潮段。烟叶经打叶工序后进入复烤机的水分15％～17％之间，而装箱水分要严格控制在12％±0.5。根据烟叶的吸湿特性，当其水分达到零界点8％左右时，烟叶对水分有很好的吸收特性，有利于水分的调整。因此对烟叶先进行干燥、冷却使其水分含量达到临界点，温度保持在40℃左右，具备最佳的水分调制状态，然后通过回潮控制，使烟叶水分、温度满足打包工艺要求。与其他流程工业相比，烟叶复烤工艺有其明显的特点：

(1)多干扰：入口烟叶的水分、温度、产地、品种、等级对出口水分都有非常重要的影响；加热蒸汽和回潮蒸汽的压力、温度以及饱和程度直接影响出口烟叶的水分和温度；环境空气的温度、湿度对冷却阶段的烟叶水分和温度也有较大的间接影响。

(2)多变量、强耦合：在生产过程中，始终存在着具有一定温度、湿度、压力、流速的传热介质(热气体)与烟叶在相对运动过程中发生热交换作用，从而达到烟叶的干燥、冷却、回潮等目的。不同过程的任一区段温度、湿度的变化，都会影响到其后各区段参数的变化和出口烟叶水分含量的变化。

(3)大滞后：由于回潮加水设备与烤机出口水分仪存在延时，当检测到烟叶含水率偏干或偏潮时，再来调节加水流量为时已晚，造成执行机构不能及时跟踪来料水分、流量的变化，控制作用存在较大滞后。

(4)生产过程特性多变：受前部打叶过程的影响，烟叶进料流量、烟叶喂料机的速度有时需要进行调整来满足生产的连续，这样就导致了过程的特性参数发生改变；同时，烟叶复烤在高温、高湿和粉尘等环境下工作，设备也会发生异常，在这种情况下，操作人员需要随时改变工艺操作，使过程特性具有多样性。

烟叶出口水分复烤机最重要的工艺指标，对复烤机烟叶出口水分控制要求很高：

(1)控制范围窄：复烤机出口烟叶水分通常被严格控制在12％±0.5(不同等级、产地的烟叶控制范围有差异)，控制范围只有1个百分点。

(2)调节速度快：当检测到出口水分超标时，要求各操作手段快速动作，短时间内将出口水分调节到控制范围内，否则就可能造成多箱烟叶水分不合格。

针对烟叶复烤的工艺特点及其对烟叶水分控制的严格要求，PID控制不能满足其要求。一是因为PID控制对大滞后系统控制效果差。常规PID控制器是根据被控对象的反馈信息来动作的，对于大滞后系统控制，由于反馈信息与控制动作的时间差，难以取得令人满意的控制效果。二是因为PID控制是一对一控制，难以满足多变量强耦合过程的要求。常规PID控制器以单回路调节为基础，很少考虑变量之间的相互作用，难于实现协调优化控制。对于多变量、强耦合的生产过程，当生产条件变化时，需要操作人员同时调节若干个控制回路，并确保各调节量之间相互匹配，才能控制得比较好。

针对烟叶复烤的工艺特点及其对烟叶水分控制的严格要求，专利CN101673087和专利CN103054152提出的基于预测PI算法控制系统，以及由本发明人的授权专利CN102147613所采用的模型预测控制也不能完全满足要求，主要在于：

(1)模型预测控制器根据模型来预测，但复烤生产过程特性的多变使其模型难以达到较高的精度。模型是模型预测控制的基础，控制效果很大程度上取决于模型的精度。复烤生产过程特性的多变和多干扰使多变量预测控制的模型难以达到较高的精度，这就直接影响了模型预测控制器的控制效果。

(2)复烤生产过程的多干扰使其难以满足对快速性的要求。模型预测控制器响应时间较长，一般为分钟级。而影响复烤机烟叶水分的因素很多，模型预测控制器很难将所有的因素都考虑进去，当模型预测先进控制器未考虑的干扰因素导致工况出现较大波动时，模型预测控制器的响应相对于实际的需求来看就显得较慢，难以满足生产对快速性的要求。

参考文献：

CN101673087:一种应用于打叶复烤生产线的控制方法

CN103054152:一种基于预测pi算法控制系统的烟叶复烤机水分控制方法

CN102147613:一种对烟叶复烤机水分、温度的模型预测控制方法及系统

发明内容