模糊PID技术在烟叶烘烤中的应用

　　[摘 要]针对烟叶烘烤过程中不同时期对温度和湿度的不同要求,提出了基于模糊PID的烟叶烘烤控制系统。该系统利用模糊PID调节技术,通过调节循环风机的转速,缩小烤房内上下部温差,实现烤房内温度基本均匀;通过调节供氧鼓风机的转速控制燃煤供氧量,从而实现现行升温、稳温控制;通过调节步进电机的正反转步距值,控制补风门的开启角度,控制进风量,从而实现烤房内湿度保持平稳,提高烟叶色、香、质等级,提高烟叶品质。运行表明,该控制系统能有效地控制被控对象的运行状态,具有控制精度高、稳定性好等特点,确保了烟叶烘烤质量。
　　[关键词]烟叶烘烤;模糊PID;温度控制;湿度控制
　　[中图分类号]TP273 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2009)31-0016-02
　　
　　1 引 言
　　
　　鲜烟素质是获得高品质烟叶的基础,先进的烟叶烘烤工艺及烘烤控制系统是获得高品质烟叶的技术保障。烟叶烘烤工艺分为变黄、凋萎、干尖、干片和干筋五个烘烤时期,每个时期所要求的温度和湿度是不同的,同时其升温速率也不尽相同。传统的人工监守烤房烘烤工艺无法精确控制升温速率,无法精确控温和稳温,因此就无法烤出高品质的烟叶,直接影响高档香烟的生产,削弱我国香烟的国际竞争力。为此,开发高性能的温湿度控制系统显得尤为重要。
　　
　　2 系统硬件设计
　　
　　本系统采用模块化设计,由控制、键盘显示、步进电机驱动、单相交流异步电动机调速和开关电源等模块组成,系统的温湿度采集由DS18B20数字式温度传感器实现。见图1。
　　显示内容包括设定温湿度参数、设定烘烤时间、烘烤进程、运行状态、键盘状态、专家程序编号、四组传感器的实时采样值、风门状态、供氧风机状态、运行时间等,风门有步进电机驱动,供氧风机及循环风机有单相交流异步电动机驱动,其转速由其驱动模块控制,可实现无级调速。
　　
　　3 自适应模糊PID控制器技术
　　
　　PID控制由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高,广泛应用于工业过程控制,常规PID控制器作为一种线形控制器,其数学模型为:
　　
　　将各变量的隶属度函数选择为三角函数。
　　根据变量的隶属度函数,可得到各语言变量的赋值。根据语言变量的值,经模糊推理得到模糊控制集,通过对模糊控制集的解模糊化可以得到各控制参数的数值。
　　3.2.2 模糊控制规则
　　
　　4 试验与结果
　　
　　依据模糊PID调节技术设计的烟叶烤香温湿度控制系统,根据烤房内温度的变化能很好地控制燃煤供氧风机的转速,实时控制供氧量,实现温度控制,根据烤房内湿度的变化能很好地控制补风门的开启角度,实现保湿和排湿,确保烤房内的湿度要求,从而确保烟叶烘烤质量。
　　本系统2007年经信阳烟叶烘烤基地实地烘烤对比试验,对照设备为金叶控制设备,每小时记录温湿度数据,结果表明,温湿度控制精度在±0.3℃。
　　烘烤后进行感官质量鉴定和经济效益分析。感官质量鉴定表明(见表2),与对照组相比,烟叶的香气质有所提高,杂气、刺激性降低,口感变好,烟气柔和细腻程度增加。
　　与对照组相比,采用本系统烘烤的烟叶均价平均增加2.01元/公斤;上等烟比例平均增加7.89%;橘色烟明显增加,平均增加为9.97%;每担烟平均增加100.60元。
　　
　　5 结 论
　　
　　利用模糊控制理论和PID控制技术构成的自适应模糊PID控制算法,实时整定PID控制参数,据此设计的控制系统能有效地控制被控对象的运行状态,具有控制精度高、稳定性好等特点。同时该种控制方法具有较强的可移植性,可广泛应用于加热领域、流体压力控制领域等。
　　
　　参考文献:
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　　[2]张化光,何希勤.模糊自适应理论及其应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.
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　　[4]翟旭生,谢寿生,杨伟,等.基于自适应模糊PID控制的恒压供气系统[J].液压与气动,2008(2):21-23.
　　
　　[收稿日期]2009-07-01

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