[发明专利]烘丝机烟草烘丝中间过程的建模方法

说明书

本发明公开了一种烘丝机烟草烘丝中间过程的建模方法，设计了一种基于数据驱动的变系数非线性模型来表征滚筒式烘丝机烟草烘丝中间过程的非线性动态特性，该方法无需对实际烟草烘丝中间过程复杂的物理化学反应过程进行分析，仅利用采集的实际数据进行建模。并充分利用VCN模型参数可分离的特点，采用一种高效的变量投影算法对模型的线性参数和非线性参数分别进行参数优化。本发明的方法较一般的结构化非线性参数优化方法具有更好的收敛性和精度。

技术领域

本发明涉及香烟生产加工技术领域，尤其涉及一种针对烘丝机烟草烘丝过程中间段的建模及参数优化方法。

背景技术

香烟的制丝工艺主要包括：切丝、烘丝、加香、贮丝等，其中烘丝是制丝车间最重要的一道加工工序。目前，烟草制丝车间实现烘丝过程的主要设备是滚筒式烘丝机。在开始烘丝过程时，烘丝机首先通过蒸汽将滚筒筒体加热到一定温度，然后将上一道加工工序来的烟丝经传送带送入滚筒，烟丝在旋转的筒体内和高温筒壁充分接触，使烟丝中的水分蒸发出来并通过系统排潮风门排出机体，最终达到控制滚筒出口处的烟丝含水率满足香烟工艺的品质要求。

烟草烘丝过程是一个极其复杂的物理化学过程，其具有多变量、强耦合、强非线性等特点。因此，实际生产中几乎无法建立该过程的准确物理模型。现有的建模技术主要是先设定假设条件，忽略一些难以考虑的因素对系统的影响，然后建立简化的物理模型。即使如此，由于受限于实际滚筒式烘丝机的复杂机械结构，在建立的简化物理模型中，某些关键参数往往依然难以或无法获取。为了克服物理建模方法的不足，钟文焱等(钟文焱,陈晓杜,马庆文,et al.基于多因素分析的烘丝机入口含水率预测模型的建立与应用[J].烟草科技,2015,45(5):38-47.)采用Pearson相关分析法，建立了入口烟丝含水率预测模型的多元回归方程，并对松散回潮加水比例进行优化控制。王小飞等(王小飞,彭晓燕,杨玉波,et al.基于RBF-ARX模型的烘丝机出口含水率优化控制方法[J].烟草科技,2014(1):26-30.)采用RBF-ARX模型对烘丝过程动态特性进行建模，提出了一种基于模型预测的烘丝机出口含水率控制方法。目前，采用系统辨识技术来获得烟草烘丝中间过程的建模方法研究还处于初级阶段。如何采用数据驱动的建模技术来获得可准确表征烟草烘丝中间过程复杂非线性特性的数学模型及其参数优化方法，是烟草烘丝工艺中亟待解决的一个关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种烘丝机烟草烘丝中间过程的建模方法，充分利用VCN模型参数可分离的特点，对模型的线性参数和非线性参数分别进行优化，提高预测的精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种烘丝机烟草烘丝中间过程的建模方法，包括以下步骤：

1)在滚筒式烘丝机烟草烘丝中间过程生产中，获取滚筒出口烟丝含水率的数据集{y₁...y_N}，入口烟丝含水率的数据集排潮风门开度的数据集滚筒筒温的数据集

2)利用上述4个传感器的历史数据，建立滚筒式烘丝机烘丝中间过程非线性动态特性的变系数非线性模型，即VCN模型；

其中：y_t是烘丝中间过程在t时刻的出口烟丝含水率；是烘丝中间过程在t时刻的入口烟丝含水率，是烘丝中间过程在t时刻的排潮风门开度，是烘丝中间过程在t时刻的滚筒筒温；ξ_t是高斯白噪声；x_t＝y_t-1为系统的状态量；φ₀(x_t)、φ_y,1(x_t)、φ_y,2(x_t)、和均为关于模型状态量x_t的薄板样条函数型系数；为薄板样条函数的中心集，即VCN模型的非线性参数集；为VCN模型的线性参数集；