專利名稱：用于大慣性系統煙片回潮機的加水離散調節方法
技術領域：
本發明涉及煙草加工設備的自動控制領域，是一種適用于存在大擾動大慣性環節控制系統的離散控制方法，特別是用于煙片回潮機的加水離散調節方法。
背景技術：
隨著煙草生產線的自動化控制程度不斷提高，對生產設備的控制指標也越來越嚴格。煙片回潮機是繼切片機后，制絲生產線第二道關鍵工藝加工點，其作用是向經過切片后的烤煙煙塊中加水、加蒸汽，來實現物料的松散、升溫、回潮，其中回潮后的物料水份值是最關鍵的工藝指標。回潮機加水系統的主要原理是調節回潮機的加水量進而實現對物料水份的控制。回潮機的加水系統是一個受多種因素干擾的大擾動系統，這些擾動因素包括:被加工物料的種類、組分，煙包切片的寬度及煙包之間水分的差異等等。傳統的回潮機加水控制采用傳統負反饋控制方法(圖1)，首先人為設定一個水份指標(SP)，系統對回潮機出口實際水份值(PV)進行采樣，通過比對水份實際值與水份設定值之間的偏差(SP-PV)，進而對加水薄膜閥的開度(CV)進行調節，使得水份實際值趨近或等于水份設定值。其中，系統控制量(CV)是連續的，根據偏差的大小不斷改變。傳統的反饋控制方法具有反應迅速，系統靈敏度高的特點，因而在小慣性、快速響應的系統中使用效果非常好。然而，回潮機加水系統是一個大慣性的，響應速度較慢、干擾因素較多的系統，從開始改變加水量，到出口物料水份變化的整個響應時間長達5到7分鐘。因此，傳統的負反饋控制方法使得系統長時間連續震蕩，出口水份無法穩定。

發明內容
本發明公開的用于煙片回潮機的加水離散調節方法是適應大擾動大慣性系統的一種離散控制方法，所謂離散的控制方法是指系統控制量是不連續調節的，在通常情況下，控制量在生產過程中保持一定值不變，只有當系統滿足一定條件時，控制量才作變化，此種調節方法可以適當降低系統的響應速度，更好的適應大慣性、大滯后的系統，避免系統產生連續震蕩而無法穩定。所述方法對水分的調節有三個步驟，下面分別詳述:步驟一預加水估計，回潮機只有出口水分儀，因此在回潮機處于頭料階段的時候，回潮機出口無物料，因此反饋的水分值不是真實值，從而導致無法采用反饋調節加水量。因此在回潮機處于頭料階段時，我們設計了一種以時間為自變量的加水函數，這個函數就是系統的預加水估計，預加水估計分兩個階段:階段一、系統根據加水估計函數:加水設定值(kg/h)=入口物料流量(kg/h) X (水份設定值％ _C1)/(C2-水份設定值％ ) X加水系數C，其中常數Cl取值為12，常數C2取值為100，加水系數C的取值范圍為0.2-0.5，水份設定值％取值為17.5%，在頭料狀態對煙葉進行加水控制；
階段二、檢測是否有煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態是否結束，若未結束繼續步驟一，當有煙葉從煙片回潮筒輸出時即頭料狀態臨近結束時，系統繼續按照階段一的加水估計函數根據水份儀讀數對加水量進行調節，直到系統的出口水份達到目標設定值17.5%，此時系統記錄下當前的加水量并保持，并檢測當前水份值X，同時將系統切換到離散調節狀態，進行步驟二 ；步驟二、離散采樣:這里所說的采樣值指的是系統對出口水分儀的值每隔一段時間T進行一次數據采樣。圖2是描述出口水份隨時間變化的一段趨勢圖，其中e(t)是出口水份值；橫軸t是時間；T是采樣周期；τ是采樣時間。折線是葉片出口水份隨時間變化的連續函數，黑色的虛線是系統經過采樣后，使用五點三次平滑法進行平滑后的曲線，即將隨時間變化的非線性連續函數等效為離散的“線性”函數。采用離散采樣的好處是使系統能把握水份的變化總趨勢，減小擾動和噪聲對系統的影響，使系統能夠更有效的調節。步驟三、趨勢對比及調節:這里的趨勢主要指因變量(出口水份)的變化方向(升高或降低)。我們將當前出口水份數據X與采樣值F(t)進行對比，從而判斷此時的水分變化方向及趨勢。1、當x-F(t) > η時,說明出口水份正在增大；2、當x-F(t) < -η時，說明出口水份正在減小；以上提到η的取值范圍為
0.02-0.05，可根據實際情況進行人為修正。加水系統會實時分析加水趨勢，根據水份變化的趨勢判斷是對加水量進行調節還是保持當前加水量不變。η的取值與系統的擾動與慣性的大小有關，每個系統各異，這些值一般在系統調試中給出。上面已經提到，系統已在估計加水第二階段儲存了一個記憶值。系統會以這個值為基礎與目標水份值進行負反饋調節，調節幅度根據實際情況可進行人為調
難
iF.0采用該方法后，對水份的變化了有了一定的預知性，增加了系統的調節靈敏度，有效降低了傳統調節方法造成的出口水份連續上下震蕩的情況，一定程度上克服了系統本身存在的大慣性大滯后性，使得出口水份的過程質量得分有了較大提高。


圖1為傳統的回潮機加水控制方法方框圖；圖2是回潮機出口水份隨時間變化的一段趨勢圖；圖3是控制流程圖；圖4是本發明控制系統方框圖。
具體實施例方式結合控制流程圖3及系統方框圖4詳述本發明如下。步驟一為兩階段:階段一、系統根據加水估計函數:加水設定值(kg/h)=入口物料流量2400 (kg/h) X (水份設定值17.5-常數12) / (常數100-水份設定值17.5) X加水系數0.3算出加水量，在頭料狀態對煙葉進行加水控制；階段二、PLC可編程控制器I檢測是否有物料3煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態是否結束，若未結束繼續步驟一，當有煙葉從煙片回潮筒輸出時即頭料狀態臨近結束時，系統繼續按照階段一的加水估計函數根據水份儀4讀數通過加水薄膜閥2對加水量進行調節，直到系統的出口水份達到目標設定值17.5%，此時系統保持當前的加水量，并切換到離散調節狀態，進行步驟二 ；步驟二:頭料狀態結束，進入正常生產狀態后，系統開始對出口水份進行定時采樣，每隔10秒，記錄一次出口水分采樣值F (t)，下一個采樣周期到來后，系統將水份值重新寫入F(t)中，更新前一次的數據。步驟三:在采樣的同時，系統將當前的水份值X與記錄的出口水分采樣值F(t)進行實時比對，用以確定當前水份的變化趨勢，a)當水份X > 17.8時，且x-F(t) > 0.03，表示出口水份值處于上升趨勢，此時加水量設定值每10秒增加10kg/h，若X-F(t) < 0.03，加水量設定值保持當前值不變；b)當水份x< 17.8時，且x-F (t) <-0.03，表示出口水份值處于下降趨勢，此時加水量設定值每10秒減少10kg/h，若X-F(t) > 0.03，加水量設定值保持當前值不變；c)當水份X滿足17.3 < X < 17.8時，加水量設定值保持當前值不變。在應用實例中，由于出口水份的理想值是17.5%，我們需要水份在17.5左右的一個區間內保持穩定，因此在水份X > 17.8和X < 17.3的區間內，加水量會得到調整，而在17.3到17.8的區間內，加水量保持不變，以避免頻繁改變加水量造成的水分震蕩。
權利要求
1.一種用于大慣性系統煙片回潮機的加水離散調節方法，包括如下步驟: 步驟一預加水估計，分為兩個階段， 階段一、系統根據加水估計函數:加水設定值(kg/h)=入口物料流量(kg/h) X (水份設定值％ -C1)/(C2-水份設定值％ ) X加水系數C，其中常數Cl取值為12，常數C2取值為100，加水系數C的取值范圍為0.2-0.5，水份設定值％取值為17.5%，在頭料狀態對煙葉進行加水控制； 階段二、檢測是否有煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態是否結束，若未結束繼續步驟一，當有煙葉從煙片回潮筒輸出時即頭料狀態臨近結束時，系統繼續按照階段一的加水估計函數根據水份儀讀數對加水量進行調節，直到系統的出口水份達到目標設定值17.5%，此時系統記錄下當前的加水量并保持，并檢測當前水份值X，同時將系統切換到離散調節狀態，進行步驟二 ； 步驟二離散采樣:頭料狀態結束，進入正常生產狀態后，系統開始對出口水份進行定時采樣，每隔10秒，記錄一次出口水分采樣值F (t)，下一個采樣周期到來后，系統將水份值重新寫入F(t)中，更新前一次的數據。
步驟三趨勢對比及調節:在采樣的同時，系統將當前水份值X與記錄的出口水分采樣值F(t)進行實時比對，用以確定當前水份的變化趨勢，當x-F(t) >n時，說明出口水份正在增大；當x-F(t) < -η時，說明出口水份正在減小；系統依據當前水份的變化趨勢，實時調整加水量設定值，η的取值范圍為0.02-0.05，根據實際情況進行人為修正。
2.如權利要求1所述的用于大慣性系統煙片回潮機的加水離散調節方法，其特征是，在進行步驟三時，分三種狀態調整加水量設定值: a)當水份x>17.8%，且x-F(t) > 0.03時，表示出口水份值處于上升趨勢，此時加水量設定值每10秒增加10kg/h，若x-F(t) < 0.03，加水量設定值保持當前值不變； b)當水份X< 17.8，且x-F (t) <-0.03時，表示出口水份值處于下降趨勢，此時加水量設定值每10秒減少10kg/h，若x-F(t) > 0.03，加水量設定值保持當前值不變； c)當水份X滿足17.3 < X < 17.8時，加水量設定值保持當前值不變。
全文摘要
一種用于大慣性系統煙片回潮機的加水離散調節方法，其步驟一預加水估計，系統根據加水估計函數在頭料狀態對煙葉進行加水控制，檢測是否有煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態是否結束；步驟二離散采樣進入正常生產狀態后，對出口水份進行定時采樣，每隔10秒，記錄一次出口水分采樣值F(t)；步驟三趨勢對比及調節在采樣的同時，系統將當前水份值x與記錄的出口水分采樣值F(t)進行實時比對。用以確定當前水份的變化趨勢，系統依據當前水份的變化趨勢，采用所述方法后，對水份的變化了有了一定的預知性，增加了系統的調節靈敏度，有效降低了傳統調節方法造成的出口水份連續上下震蕩的情況，一定程度上克服了系統本身存在的大慣性大滯后性。
文檔編號A24B3/04GK103202526SQ201210007020
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者王志強, 黃堃, 秦明星, 林蔚, 龐浩 申請人:湖北中煙工業有限責任公司