[发明专利]基于光电开关的计量管进料流量控制装置及其控制方法

权利要求书

1.基于光电开关的计量管进料流量控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将计量管(2)由上至下依次划分为满料区(2-1)、料多区(2-2)、正常较多区(2-3)、正常较少区(2-4)、料少区(2-5)和缺料区(2-6)，在计量管(2)两侧壁上安装支柱(1-1)，并在支柱(1-1)上安装多个分别位于对应料区外侧的光电开关(3)，即用于检测满料区(2-1)内烟料的堵料位光电开关(3-1)、用于检测料多区(2-2)内烟料的满料位光电开关(3-2)、用于检测正常较多区(2-3)内烟料的高料位光电开关(3-3)、用于检测正常较少区(2-4)内烟料的中料位光电开关(3-4)、用于检测少料区(2-5)内烟料的低料位光电开关(3-5)和用于检测缺料区(2-6)内烟料的缺料位光电开关(3-6)；将多个光电开关(3)的输出端通过信号线与控制单元的输入端连接，在用于向所述计量管(2)送料的进料皮带机中的电机上安装变频器，将控制单元的输出端通过信号控制线与变频器的输入端连接；

2)根据光电开关(3)检测的物料高度位于计量管(2)内的料区信息，对进料皮带机的运行速度进行调整，使进料皮带机与计量管(2)成为动态的存储设备，从而达到计量管(2)出料流量稳定，据此，首先计算烘丝机出口流量值：

L₂＝L₁×(1-W₁)×(1+W₂)

L_2max＝L₁×(1-W₁+0.5％)×(1+W₂+0.5％)

L_2min＝L₁×(1-W₁-0.5％)×(1+W₂-0.5％)

流量极差＝L_2max-L_2min

上式中，W₁为增温增湿机SIROX的进口物料水分,偏差为±0.5％；

W₂为烘丝机出口物料水分,偏差为±0.5％；

L₁为增温增湿机SIROX的进口流量，单位㎏/h,偏差为±0.5％；

L₂为烘丝机出口流量，单位㎏/h；

3)烘丝机出口与进口物料比K：所有条件不变，在测量时间相同的前提下，分别测量烘丝机进口烟丝流入量M₁和烘丝机出口烟丝流出量M₂，并分别记录测量烘丝机进口烟丝流入量M₁和烘丝机出口烟丝流出量M₂时对应的水分仪显示值W₃和W₄，根据测量结果，分别将烘丝机进口烟丝流入量M₁和烘丝机出口烟丝流出量M₂换算成干物质量M_G1和M_G2，计算公式如下：

M_G1＝M₁×(1-W₃)

M_G2＝M₂×(1-W₄)

根据M_G1和M_G2可得烘丝机出口与进口物料比

4)根据步骤3)得出的烘丝机出口与进口物料比K计算步骤2)中烘丝机出口理论流量L_c，即L_c＝K×L₂；

烘丝机出口流量误差值c的数值计算公式如下：

δ＝(1-W₁)×(1+W₂)×L₁×0.5％+L₁×(1-W₂)×0.5％-L₁×(1-W₁)×0.5％

由上可知，综合烘丝机出口理论流量L_c和烘丝机出口流量误差值δ，确定烘丝机出口设定流量L_cs＝L_c+δ；

5)计算跟踪系数X的区间范围：通过多个光电开关(3)对叶丝高度对应于计量管(2)内的料区信息进行检测，根据该检测信息，对进料皮带机进行对应的调速，从而稳定计量管(2)叶丝出料端物料流量，在确定计量管(2)内不同料区对应的进料皮带机运行频率之前，现确定跟踪系数X的区间范围，具体过程如下：

首先将计量管(2)叶丝出料端的电子皮带秤的运行频率记作A，将进料皮带机与电子皮带秤的运行频率比值记作跟踪系数X，那么进料皮带机的运行频率修正值为AX，则AX＝f(t)，再根据计量管(2)的体积V＝Sh，确定计量管(2)存储叶丝量m，根据m＝V×ρ＝L₃×Δt的关系,得出然后通过时间t建立计算式如下：

v(t)＝kf(t)

由上计算出跟踪系数X的区间范围，上式中，h为计量管(2)的料高；S为计量管(2)的截面积；ρ是烟丝密度；L₃是计量管(2)入料口流量；L₂为烘丝机出口流量；l为计量管(2)进口的进料皮带机的皮带有效长度；k是进料皮带机的皮带线速度与皮带运行频率比值；v为进料皮带机的速度；u为状态反馈量，和电子皮带秤瞬时流量相关；h₀为计量管(2)的初始料高，即t＝0时计量管(2)内的料高；u(t)为时滞函数，

6)根据计量管(2)上划分的多个料区，将跟踪系数X在满料区(2-1)、料多区(2-2)、正常较多区(2-3)、正常较少区(2-4)、料少区(2-5)和缺料区(2-6)时分别调整为X-0.3、X-0.2、X-0.1、X+0.1、X+0.2、X+0.3，其中，0.1、0.2、0.3为固定值，代表计量管(2)在不同存料区内进料皮带机频率跃变值，目的为更快的响应状态变化；再引入用于反应进料皮带机的进料频率对状态持续时间灵敏度的状态持续反馈系数Y；

7)根据现代控制理论，即一般状态空间表达式，并结合现场实际，确定出电子皮带秤的进料量和出料量之间的状态空间表达式，以计量管(2)物料质量M为状态变量，建立计量管(2)质量状态表达式如下：

上式中，L₄为计量管(2)出料口流量；

令x＝M+L₄t，则

8)验证系统能控性和能观测性：

首先，验证系统能控性，步骤7)中所示系统的格拉姆矩阵W_c[0,t₁]为：

当t₁＞0时，它非奇异，因为在步骤7)的计量管(2)质量状态表达式所示系统中，存在t₁＞0使格拉姆矩阵W_c[0,t₁]非奇异是其完全能控的充要条件，所以，在步骤7)中所示系统完全能控；

再验证系统能观测性，步骤7)中所示系统的格拉姆矩阵W₀[0,t₁]为：

当t₁＞0时，它非奇异，因为在步骤7)的计量管(2)质量状态表达式所示系统中，存在t₁＞0使格拉姆矩阵W₀[0,t₁]非奇异是其完全能观测的充要条件，所以，在步骤7)中所示系统完全能观测；

9)确定状态持续反馈系数Y：在互不相交且覆盖整个正实轴的左闭右开区间族c的每个区间c_n∈c(n∈Z₊)上使c_n是一个区间，可写成：

其中，是集合c_n的特征函数，由此可推得：

在区间[0,t₁]可求得F₁，[t₁,t₂]可求得F₂，[t₂,t₃]可求得F₃，……要使得L₄流量在很小的范围内稳定，即L₃-L₄趋于0，而L₄由电子皮带秤控制决定，因此得出状态持续反馈系数Y，即

10)根据堵料位光电开关(3-1)、满料位光电开关(3-2)、高料位光电开关(3-3)、中料位光电开关(3-4)、低料位光电开关(3-5)和缺料位光电开关(3-6)分别对满料区(2-1)、料多区(2-2)、正常较多区(2-3)、正常较少区(2-4)、料少区(2-5)和缺料区(2-6)检测到缺料状态至料满状态测得的状态持续时间分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6，根据状态持续反馈系数Y和计量管(2)各料区对应的状态持续时间，得出在烟料处于满料区(2-1)、料多区(2-2)、正常较多区(2-3)、正常较少区(2-4)、料少区(2-5)和缺料区(2-6)时，对应的修正后跟踪系数分别为X-0.3-T1Y、X-0.2-T2Y、X-0.1-T3Y、X+0.1+T4Y、X+0.2+T5Y、X+0.3+T6Y，从而确定烟料在满料区(2-1)、料多区(2-2)、正常较多区(2-3)、正常较少区(2-4)、料少区(2-5)和缺料区(2-6)时对应的进料皮带机频率分别为A·(X-0.3-T1Y)、A·(X-0.2-T2Y)、A·(X-0.1-T3Y)、A·(X+0.1+T4Y)、A·(X+0.2+T5Y)、A·(X+0.3+T6Y)。