（控制理论与控制工程专业论文）复烤机智能控制系统研究.pdf

摘要 娴| ”t 复烤是红烤娴q i j 。( 初烤) 的旗础上再次烘烤形成的。烟i i ，f 复烤是烟叶从 农产r 转变到工业小产原料的过程，足烟草整体加丁中非常重要的环节。通过打 1 1 t 复烤。叮以减少烟叶i 的造碎，町以向珏煳一提供高质量和规格化的原料，有利于 烟j 的长期贮存和醇化，：铮约贼1 存、醇化和运输费用同时，在国际交易中，产品 的形式主要是烟j 。和烟梗。因而炯片复烤的质量决定着一个复烤厂的生存和命运， 特别是，随着中v i 自h xw t o ，幽际化进一步加深，其重要性不言而语。据统计，每担 烟每波动个卣分点损失0 儿入艮币。仅。童丰复烤厂( 年生产能力3 0 力_ 担) ， 每年损火就达数儿阿j 兀人民币。吲此提高复烤，一的自动化程度，意义重大。 论文在熟悉复烤机： 艺石i | j 卜，针对烤段机理较明确的特点，建立了机理模型； 针对川潮段机理小太明确的特点，建、1 了系统的辨t l ! 模型：并分析了影响系统的 温湿度的冈素。 复烤机复烤过挫对缘模型j i 仃人滞后、多变量、非线性和扰动复杂等特点， 心难控系统。经典控制删论和现代控制理论都要求被控对象有精确的数学模型， j i j 复烤机的复烤过程的变化吲素很多。蚓此，仅靠传统的控制方法难以使系统长 期稳定红好的控制效果t 。模糊控制、专家控制、学习控制、神经元网络控制等 智能控制的研究，为解决模型小确定的系统提供了有力的工具。但同时我们也注 意到。仅仅靠智能控制，忽略系统提供的定性模堑! ，也是对信息资源的浪费，也 小能达到预期效粜。根据我们长期研究和实验的经验，应该把传统控制和智能控制 结介起牦才能更好地控制对象。小义采用了基于模糊神经网络的预测控制。 预测控制是鞲j 二模，蝴q 控捌，是2 0l t l ： b7 0 年代后潮发展起来的一类新型的 工1 ，州i 凡学卜，似i j 也又 汁t 算机控制算法。这种算法的本质特征足它的二三要素：预测模型、滚动优化和反 馈校i 11 。预测模型，它蚪j 水描述划象的动态行为，根据系统当前的输入、输出信 窟、预测未来的输出值。在线性系统情况f ，u ，利用叠加原理，并利用系统的阶 跃j l l 自应、脉冲响应，或者状态空间模型等，预报系统未来的输出。在非线性系统 情况f ，如果其非线性结构未知，n l i 能充分描述，则对其输出就难以作出精确 的预报，从而导致控制失败。丁模糊神经网络可做到较精确描述非线性动态过 榭，匦i 此，f 1 j 用于这类基j 二模型的控制- tr 。【b 于神经网络本身具有插值能力，因 此川以克服单纯模糊控制巾“分挡”的限制，提高了控制精度；通过网络前向运 算实现模糊推理算法，大大简化了模糊推理的计算，提高了规则查询、推理的实 时睫。在此基础1 ，论文提出r 诤 改进的心层框架的网络结构。该模型具有计 算简单；网络的每层推导均有叫旺的物理意义：具有全局逼近的性质。 利用c + + 编写了算法程序，给h 了仿真结果，证明了系统具有很强的鲁棒性、 f 习和适应能力，从而达剑了、 稳控制的效果。利用组态软件编写了监控界面， 根据d r o f i b u s 协议，没训了系统的通信结构。根据烟草的不同品种的特性，进行 了t 波段六光束测定和往线测鞋的扫描速率的测定，选择了水分测量的波段为 t ，9 4 u m 。= j 1 二选择了其他硬件。 阳。j 之：以现场总线为物理实现形式，采取分段控制策略，融合传统控制和 智能控制的优点，实现系统的、r 稳控制、叮靠控制。 关键词预测控制，神经控制，模糊控制，复烤机 复烤目【智能控制系统l i j d t a b s t r a c t t or e d r yt h et o b a c c ol e a fi sap r o c e s si nw h i c ht h et o b a c c ol e a v e sb e c o m ei n t o t h em a t e r i a lo f c i g a r e t t ef r o mf a r m p r o d u c e i tp l a y sav e r yi m p o r t a n t r o l ei nt h e p r o c e s s o fm a k i n gc i g a r e t t e w h e nt h eb a k e dt o b a c c ol e a v e si sb a k e da g a i n ，t h e nt h er e d r i e d t o b a c c ol e a v e sc a nb eo b t a i n e d i th a sm a n ya d v a n t a g e s ：t h er a t i oo ft h eb r o k e nl e a v e s w i l lb er e d u c e dg r e a t l y ；t h ec i g a r e t t ef a c t o r i e sc a ng e tt h eh i g hq u a l i t ya n ds t a n d a r d m a t e r i a l ；i ta l s oh e l p st os t o r et h el e a v e sf o ral o n gt i m ea n dd o e sg o o dt oa l c o h o l i z i n g ， s oal o to f m o n e y w i l lb es a v e d a tp r e s e n tt i m e ，t h em a i n p r o d u c t sa r et h el e a v e sa n d s t e m si nt h ei n t e r n a t i o n a lt r a d e t h e r e f o r e ，t h ep r o f i to f t h e c i g a r e t t ei si nt h eh a n d o f t h e q u a l i t yo ft h er e d r i e dt o b a c c o e s p e c i a l l y ，a f t e rw eh a v ej o i n e dt h ew t o ，m o r ea n d m o r em e r c h a n d i s e sw i l lb et r a d e d i ft h e r ei so n e p e r c e n ta b o v eo rb e l o wt h es t a n d a r d a b o u tt h ec o n t a i n i n gw a t e rf o ro n ed a nt o b a c c o l e a v e s ，o n eh u n d r e dr m bw i l lb e l o s t f o rb a o f e n gt o b a c c or e d r y i n gf a c t o r y ，w h i c hh a sap r o d u c tc a p a c i t yo f3 0d a n , s e v e r a lm i l l i o nr m bi sl o s te v e r yy e a r s oi ti s n e c e s s a r yt oi m p r o v et h ea u t o m a t i c c o n t r o ls y s t e m w es e tu pt h ep h y s i c a lm o d e lf o rt h er e d r y i n gs e g m e n ta n ds t a t i c a l l ym o d e lf o rt h e o r d e r i n gm o d e la c c o r d i n gt ot h e i rc h a r a c t e r s ，a f t e rw el e a r n e dt h et e c h n i c a ls k i l lo ft h e r e d r y i n gm a c h i n e t h e nw eg e tt h ef a c t o r s w h i c ha f f e c tt h et e m p e r a t u r ea n dh u m i do f t h et o b a c c o t h et o b a c c or e d r y e ri sap l a n t ，w h i c hh a sal a r g e l a ga n dm u l t i p l ep a r a m e t e r s ， n o n l i n e a rf e a t u r e s oi ti sv e r yd i f f i c u l tt oc o n t r 0 1 t h et r a d i t i o n a lc o n t r o lc a n n o t q u a l i f y b e c a u s ei t r e q u i r e st h ee x a c tm o d e lt oc o n t r 0 1 i n t e l l i g e n c ec o n t r o l ，s u c ha st h ef u z z y c o n t r o l ，e x p e r ts y s t e ma n dl e a r n e dc o n t r 0 1 b e c o m eap o w e r f u lt o o lt os o l u t et h ep l a n t t h a th a sa nu n c l e a rm o d e l h o w e v e r ，i fw e g i v eu pt h em e t h o do f t h et r a d i t i o n a lc o n t r o l ， i tm e a n st h a tm u c h i m p o r t a n ti n f o r m a t i o nh a sb e e nw a s t e d a c c o r d i n g t oo u re x p e r i e n c e w es h o u l dc o m b i n et h et m d i t i o n a lc o n t r o la n di c i n 也i s p a p e r ，w ei n t r o d u c et h em p c b a s e do na n n m p ci sac o n t r o lm e t h o db a s e do nt h em o d e l ，w h i c hw a s p u tf o r w a r d i n17 7 0 s i th a st h r e ep a r t s ：m o d e lp r e d i c t i n g ，c o n t i n u a lo p t i c a la n db a c k w a r d m o d e l p r e d i c t i n gi s t os e t u pt h em o d e l a c c o r d i n gt h ei n p u ta n do u t p u td a t a f o rt h el i n e a rs y s t e m ，i ti sv e r y e a s ya n dd i f f i c u l tf o rt h en o n l i n e a rs y s t e m i nt h ep a p e r ，w eu s et h ef n nt op r e d i c tt h e 郑州人学1 1 学坝卜论义 m o d e l w h i c hc o m b i n et h ea d v a n t a g e so ff u z z ya n da n n w ep r e s e n taf o u rl a y e r s f n n w h i c hh a sac l e a rm e a n i n g sa n ds i m p l ec a l c u l a t i o n a c c o r d i n g t oi t ss i m u l i n kp r o g r a m m e db yc + + w ea n a l y z ei t sr e s u l ta n di tp r o o f s t h a tt h i sa r i t h m e t i cc a ns a t i s f yo u rr e q u i r e m e n t t h e nw eg i v et h es u p e r v i s i o ni n t e r f a c e u s i n gt h ec o n f i g u r es o f t w a r e i nt h ew h o l ed e s i g no fp h y s i c ss t r u c t u r et o r e a l i z et h e c o n t r o li d e a w ei n t r o d u c et h ea d v a n c e df i e l db u so fs i e m e n sp l ci no r d e rt ou p d a t e t h ec o n t r o ls y s t e mi nt h ef u t u r e a c c o r d i n gt ot h es p e c t r u me x p e r i m e n t ，w es e l e c t i 9 4 u ma st h em e a s u r e w a v e l e n g t h o t h e r h a r d w i r e sa r ea l s os e l e c t e d b r i e f l y ，w h a tw eh a v ed o n ei st od e s i g nac o n t r o ls y s t e mw h i c h c a ng u a r a n t e e st h e r e d r y e rw o r kc a l m l y ，c o m b i n i n gt h et r a d i t i o n a lc o n t r o lm e t h o d a n di n t e l l i g e n c ec o n t r o l ， m a k i n gt h ea d v a n t a g eo f t h ef i e l db u sa st h ep h y s i c a lf o r m ，c o n t r o l l i n ge a c hs u b s y s t e m s e p a r a t e l yb yd i v i d i n g t h ew h o l e s y s t e m i n t o12 s u b s y s t e m s k e y w o r d s ：p r e d i c t i v ec o n t r o l ，f u z z yc o n t r o l ，n e u r a ln e t w o r kc o n t r o l ，t o b a c c or e d r y e r 复烤机智能控制系统f l j f 兑 1绪论 1 1 复烤业的发展及复烤的意义 1 1 1 烟叶复烤业概念 烟叶复烤是烟n 十从农产品转变到：1 二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。烟叶复烤是在烤烟生产( 初烤) 的基础上 形成的。 1 1 2 打叶复烤的意义 “ 1 1 2 1 可以减少烟叶的造碎 打叶是一个剧烈的机械作用过程，复烤过的烟叶由于在复烤过程中经过一次较 强烈的于燥，脆性增加，所以原烟打叶必然会比复烤后的烟叶打时造碎要少一些。 在卷烟厂是采用配方打叶，配方中的不同产地、不同部位和等级的烟叶掺配在 一起，各种烟叶有不同的物理特性，打叶条件难以同时兼顾各种不同烟叶的特点； 而在复烤厂打叶，则可以采用单一等级或者是相近似的几个等级进行打叶，烟叶 之问的物理性能的差异较小，可以有条件依照烟叶的物理特点，调整打叶设备， 得到较好的效果。 在打叶复烤中，打叶是影响产品形念唯一的主工序，打叶质量与产品质量紧密 相关；而在卷烟厂，打叶质量与产品形态和质量是间接关系。因此在打叶复烤厂， 除了有条件在设计中对工艺进行仔细布局外，在管理等方面能刨造较理想的条件， 获得较好的加工效果。根掘国内外的实践，与挂杆复烤工艺相比，打叶复烤可以 减少烟叶造碲3 5 。 1 1 2 2 可以向卷烟厂提供高质量和规格化的原料 由于原烟打叶质量指标远比复烤后的烟叶打叶质量指标高，因此采用打叶复烤 之后，复烤厂可以向卷烟j 。提供分离质量高的烟片和烟梗，而且烟片尺寸分布也 比较协调稳定，这样可以保证卷烟厂制取的烟丝具有商的纯净度和长短丝比例的 协调稳定性，这些都是保证卷烟机证常工作并获得较好卷烟质量的重要条件。 另外，由于是在复烤厂打叶，原烟上所粘附的砂土可以在打叶过程中得到完全 的清除生产中产生的杂物、碎烟术、短碎梗等可以在复烤厂就地处理，而不进 入卷烟厂，因此进入卷烟厂的原料是非常纯净的片烟。 1 1 2 _ 3 可以使复烤厂得到根本的改造，同时也有利予卷烟厂的改造，使烟草j n m 整体工艺进一步合理化 复烤机智能控制系统1 i j c 采用打叶复烤后可以使原挂杆复烤厂的摇烟、挂杆、下杆等难以改造的繁重 手：j ：操作得以取消，复烤厂的机械化操作水，f 和自动控制水平得到很大的提高， 生产效率提高很多，并显著地改善了复烤车间的劳动卫生环境。 卷烟厂则可免除打叶工序，这是卷烟厂产生噪声、粉尘的主要环节，也是卷烟 厂技术改造的难点，因此采用打叶复烤技术后将使卷烟厂制丝车间的环境得到很 大的改善。 1 1 2 4 有利于烟片的长期贮存和醇化 根据实际检测，由于挂卡t 复烤是将原烟扎把进行复烤，把头及粗梗很难烤干烤 透，复烤后的烟把水分很不均匀，在贮存和醇化过程中容易产生霉变和板结现象。 而打叶复烤是将烟叶单独进行复烤，含水率比较均匀，有利于烟片的长期贮存和 醇化。 1 1 2 5 节约贮存、醇化和运输费用 实验证明，自然醇化对改善烟梗的品质作用不大，因此采用打叶复烤后，至少 有近1 4 的烟梗不再进行醇化和占用醇化库。由于烟片质量比较均匀，打包相对 密度较高，烟包相对体积较小，同时粉尘、杂物、碎米、短碎梗等可在复烤厂就 地处理，不必再运到卷烟厂，运输量得以减少，可以节约贮存、醇化和运输费用。 1 1 2 6 适应国际技术发展趋势，有利于烟叶原料的出口 目前国际上绝大多数国家采用打叶复烤，在国际交易中产品的形式主要是烟片 和烟梗。因此采用打叶复烤能适应国际市场的需要，与国际市场接轨，扩大烟叶 原料的出口范围，而烟片和烟梗是烟叶的深加工产品，更有利于出口创汇。 1 2 烟片复烤的工艺介绍 在一定温度条件下，对烟叶叶片进行干燥试验 ”，其干燥曲线如图1 1 所 不 幽i i 烟叶叶片干燥曲线 f i g 1 1d r y i n gc u r v e o f t o b a c c o l a m i n a e i i i 第阶段：热量丰要, f f 】于叶片加温，故含水率保持不变。本阶段时间很短。 第：阶段：热量，1 三要用j 二挥发叶j t ，的自由水分( 游离念水分) 为等速干燥 阶段，干燥速度较快，曲线斜率较大，叶片温度保持恒定。 第三阶段：此时叶片自由水分已挥发完，而其结合水分较难挥发，因此干燥 速度显著降低，曲线斜率小，而叶片温度将继续上升。第一、二阶段之间转折点 称为拐点，此点含水率称临界含水率。一般烟叶叶片临界含水率在8 1 0 左右。 在复烤工艺中，如果企图将叶片一将次干燥至所要求水分( 1 2 7 6 ) ，由于该点在第 一千燥阶段曲线上，该面曲线斜率大，因此水分离散程度也大，均匀度差。所以， 在叶片复烤过程r l ，先将叶片1 j 燥至临界含水率以下，处于第二阶段曲线上，由 于本阶段斜率小所以水分离散程度也小，经过一段时间，叶片水分差值将大为减 小。然后再经过一定回潮( 增加3 5 水份) ，让叶片水分上升至所要求水分，就 能得到水分比较均匀的复烤叶片。这就是所采用干燥、冷却及回潮工艺处理的原 理。 1 3 复烤机温湿度控制的国内外现状 第一阶段是经典控制方法和常规控制仪表的应用。最早出现的是单参数单回 路的局部控制系统，f e l 是通过大量现场调查发现，此类控制系统并不能长期稳定 的保持经济运行，一些参数需要不断的进行人工调整，对系统变化和仪表故障的 适应性较差，因此现场运行仍然是以人工控制为主。 第二阶段是以计算机技术的应用为标志。由于复烤系统的复杂性、检测参数 多、关联性强，复烤控制系统逐渐采用计算机来进行监测和控制，减轻运行人员 的劳动强度。佩是其控制方法并没有太大的变化。 第三阶段是智能控制理论的应用，目前国内外j 下在竞相开展这方面的研究， 国外已经有一些公司研制成功，但价格昂贵，且稳定性不好。 但是上述所提到有关复烤、回潮过程的控制方法不能满足生产要求。原因如下： 1 模型过于简化且缺乏适应性复烤厂复烤、回潮过程含非线性、可变时间 滞后、诸多的不确定因素和时变特性，可能的突发事件和仪表、执行机构与系统 故障简单地用具有固定参数的传递函数模型难于描述系统的运行动态正因为 如此，现场技术人员必须时常调整控制器参数，人为地适应现场变化，这就隐藏 了造成系统故障的隐患 2 控制平稳性差p i d 控制律的基本思想是以偏差克服偏差，只要有偏差存 在，控制器中的积分作用就会使执行机构动作，直到出现反向偏差由于系统的 相互关联强，具有时间滞后和时变特性，再加上模型的不准确性，以传统控制方 复烤机智自e 拄制系统埘究 法设计的控制系统必定使执行的机构不断动作，使系统的输出不断波动这对于 安全j 靠性篮求较岛的复烤过程址难以忍受的，并h 执行机构的不断动作会加速 设备的损坏 1 4 课题的提出及意义 本项研究的目的是试图以宝丰复烤厂复烤机为控制对象，解决复烤厂温度、 湿度自动控制问题，丌发相应的智能控制技术和系统，实现相应复烤、回潮过程 的自动控制，以提高复烤厂的自动化水s h 改善劳动条件，提高机组运行的平稳 性、安全可靠性和经济性。”。 目前，国际上绝大多数囡家采用打叶复烤，在国际交易中，产品的形式主要 是烟片和烟梗，而烟片复烤的质量决定着一个复烤厂的生存和命运，尤其是加入 w t o 后，显得更为重要。据宝丰复烤厂赵胜杰厂长介绍，每担烟每波动一个百分点， 损失上百元人民币。对于年生产能力3 0 万担的复烤厂，每年损失数几百万元人民 币，因此提高复烤厂的自动化程度意义重大。同时每年波动引起的设备磨损造成 的经济损失上万元，如果设备磨损没及时更新引起的设备事故更加惨痛，由此可 见，保证系统安全可靠性、经济性的重要意义。复烤厂复烤、回潮过程运行特性 复杂，待观测、待控制的因素繁多，运行人员值班时，有时可能出现误操作。因 此，实现复烤厂复烤、回潮过程自动化十分重要。 1 5 预测控制综述 预测控制是近年来发展起来的一类新型的计算机控制算法。由于它采用 多步测试、滚动优化和反馈校正等控制策略，因而控制效果好，适用于控制不易 建立精确数字模型且比较复杂的工业生产过程，所以它一出现就受到国内外工程 界的重视，并已在石油、化工、电力、冶金、机械等工业部门的控制系统得到了 成功的应用。 二 业生产的过程是复杂的，我们建立起来的模型也是不完善的。就是理论非 常复杂的现代控制理论，其控制的效果也往往不尽人意，甚至在一些方面还不及 传统的p i d 控制。7 0 年代，人们除了加强对生产过程的建模、系统辨识、自适应 控制等方面的研究外，开始打破传统的控制思想的观念，试图面向工业丌发出一 种对各种模型要求低、在线计算方便、控制综合效果好的新型算法。这样的背景 下，预测控制的一种，也就是模型算法控制( m a c - m o d e la l g o r i t h m i cc o n t r 0 1 ) 首先在法国的工业控制中得到应用。因此预测控制不是某一种统一理论的产物， 而是工业实践中逐渐发展起来的。同时，计算机技术的发展也为算法的实现提供 了物质基础。 复烤机智能挎制系统 i j f t 现在比较流行的算法包括有：模型算法控制( m a c ) ；动态矩阵控制( d m c ) ； 广义预测控制( g p c ) ：“义预测极点( g p p ) 控制：内模控制( i m c ) ：推理控制 ( i c ) 等等。 模型算法( m a c ) 控制主要包括内部模型、反馈校正、滚动优化和参数输入轨 迹等几个部分。它采用基于脉冲相应的非参数模型作为内部模型，用过去和未来 的输入输出状态，根据内部模型，预测系统未来的输出状念。经过用模型输出误 差进行反馈校f 以后，再与参考轨迹进行比较，应用二次型性能指标进行滚动、 优化，然后再计算当酊时刻加于系统的控制，完成整个动作循环。 预测控制的基本特征，包括有建立预测模型方便；采用滚动优化策略；采用 模型误差反馈校j f 。这几个特征反映了预测控制的本质，也正是这个控制算法和 其他算法的不同之处。由于预测控制具有适应复杂生产过程控制的特点，所以预 测控制具有强大的生命力 然而。传统的预测控制也有很大的局限性。模型预测只能在线性系统情况 下，通过叠加原理和系统的阶跃响应、脉冲响应，或者状态空间模型等进行预测。 对于复烤机这样的非线性系统，由于非线性结构未知，且不能充分描述，则对其 输出就难以作出精确的预报，从而导致控制失败。由于模糊神经网络可做到精确 描述非线性动态过程，因此本文引入基于模糊神经网络的预测控制对复烤机进行 控制。 1 6 本论文的主要工作 针对上述控制的缺点，本论文做了以下工作： 在熟悉工艺流程的基础上，对复烤段建立了机理模型，回潮段建立了统计 模型，分析系统的影响因素。 结合传统预测控制和模糊神经网络的优点，提出四层框架的网络结构， 同时提出一种全局逼近的输出模式，并给出了证明。最后给出系统仿真结 果，并进行了分析。 编写程序，给出了仿真结果。利用组态软件编写了监控界面，根据p r o f i b u s 协议，设计了系统的通信结构。根据烟草的不同品种的特性，进行了三波 段六光束测定；并选择了其他硬件。 复烤机智能挖制系统研究 2 系统模型的建立 分析和设计自动控制系统的一个苗要任务就是建立系统的数学模型，因为不 论是了解简单系统的特性，还是r 解复杂系统的特性，都必须掌握系统中各变量 之间的相瓦动态关系。尽管复烤j 。温湿度控制系统的动态特性复杂，具有多变量、 非线性和分布复杂的特点，难以建立其准确的数学模型，但是运用多种知识，建 立起能相对反映复烤过程的动态性能的数学模型，则无论对我们更深一步的了解 蒸汽温度控制系统的动态特性，还是对我们研究相应的自动控制方法，都大有益 处。 建立模型的基本问题是在实际物理对象观察或实验的基础上，导出描述对象动 态性能的数学表达式。数学模型的建立，通常有两种方法，一是机理建模法，另 一种是试验建模法，或者是将两者结合起来。机理建模法是根据基本的物理、化 学定律和工艺参数，在一定的假设条件下推导出被控对象的数学模型。试验建模 法则是从试验数据中去分析、计算出对象的数学模型。通常的方法是先根据工程 经验或数据分析来确定模型的结构，然后由实验数据来确定其未知参数。复烤机 温湿度控制系统统是一个复杂对象，具有以下的特点： 多变量： 非线性； 分布参数，表现为对象的某些变量的动态特性是时间和位冕的函数； 慢过程和快过程交织在一起。 出于这些特点，必须将整个复烤过程划分为不同环节，分段控制。 本系统共有1 1 个受控室，( 其中复烤段4 个，冷却段1 个( 不控制) ，回潮段 7 个) 。 2 1 系统工艺流程示意图 烟叶复烤机按工艺特点主要分复烤间、冷却间、回潮间，其中复烤间有四室， 冷却间有一室，回潮间有七室。结构示意图如图2 1 所示。 复烤# 警缝挖弱系统* 究 = = 烹竺! ! 苎篡竺竺：1 2 ii i 竺! ! ! 曹竺竺! ! 寰! ! 竺竺烹竺竺! ! 烹竺! ! 苎篡= ! ! 烹黑= ! 竺= 黑竺竺! = 鐾缝闺圆圆圈囹圜圜圆圈圆豳匿基一 篷2 1 蟹烤t 旗秘示意爨 f ig 2 1s k e t c ho fr e d r y e r lss t r u c t u r e 复烤糊的作搿怒将计片干燥至8 - 1 0 静禽水量，使各受控间肉的温度和相对湿 度达到一定缓，温艘主要通过控制蒸汽蝴门的开发 柬调节，浸度主要通过控壤摊濑 润搐投歼瘦来实现。冷却澜的 乍灞楚通遵冷却气流将对尊降至一定的溢度。回潮 削使烟叶唧潮，使经过冷却闻后的烟叶温度再稍有回丹，而且通过控制喷水阀来 搜襁霹嚣震达到要求懿渣，矮终馁娥 含水器在 3 左右。 2 2 复烤段模壅 嚣2 2 妥鹭段实裙鹫 f ig 2 2p h o t o g r a p ho ft h er e d r y e r 叁予受羧汹懿瀣游痰要求不露，我熟将整令复跨过程菇分为苇舞环节， 对系统分数建模，采用以问为单位缎成独立的闭环控制系统。这样凝有1 1 个控制 回黪( 疆个烽越、七个潮划) 。霹缚个控镪隧鼹寒滋，系缝楚多只稳楚键戏必二竣 入二二输出系统，觅阐2 3 。以某复烤问为例，我们黼先建立该段的数学模型。其结 誊示意图如鼹2 。4 所示。 受辑辘鬻鼗挎鹊絮壤疆巍 ! ! 苎i i i ij 燃= ! = 黧兰= 竺燃竺! = 然兰= ! 然= 黧盯嘏： 嘲对掾隧嚣一州p _ 鲢2 3 受浅莰i ( i = t 234 瓣燕察鼗 f i g 2 ，3c o n t i ，o ls k e t c hf o rn o 。i ( i = l 4 ) s e g m e n to rd r y e r 承汽出叠熟羹i 晴藤 赞2 , 4 复烤阅皱梭苯意黼 f i g 2 4s k e t c ho fr e d r y e rr o o m 鞋 蕤 ( r h t ( ) 醚2 5潺遵发美系 f i g 2 5t h er e l a t i o no f t 酶t e m i 弛r a t u r ea n dh u m i d q l 、q 2 一一熟熬汽进入段内新氛有的热爨、排潮日排出的热量； t 、h 一一分别 弋衷复烤蝴内空气澡度、空气橹对漫度。 缀设系统在k 时粥( 酃鬣2 5 中钓a 蕊) 溅的菜复烤蠲内豹温度、漫液分羽 为t ( k ) 、h ( k ) ，系统处于乎衡状态，则根搦能量平缀原理，寿 c h ( 是+ e ( 秘= q * 一绞 式中：龟。、毡。分别表示在k 时刻热蒸汽进入复烤问所疑有的熟暴、排潮日排 蠢懿稳鬟；、喙分嶷表示溢囊兔芎k ) 、瀑麦毳 l 秘霹簸烤闽鼹巽毒羲热藿熬 比例系数。 霰定翁麓蒸汽澜门歼度强鞠关舔为 q = k 。l 竣 q 与蒸汽阀门姐：度的变化量。f 2 的关系为 蔓g # 擞翁靛控搿聚统g 究 q = k 。2z ，2 式中：k 一、k n 是比例系数。 黼 e h 女) + c m 封哥) 2 舀 一q ! * 2 k 强素一1 ) 一毛2 掰2 0 所对应的任何f 均可作为所需的人f 本引理证毕。 定理：图3 5 所示的新模糊神经网络是一个全局逼近器。 证明：从式( 3 1 5 ) 可知，y 是定义在u 上的一组连续实函数，根据s t o n e - - w e i r s t r a s s 定理以及引理l ，2 ，3 ，可以直接推出其全局逼近性质之结论。 到此，我们证明了图3 5 所示模型的全局逼近性质。 3 5 4 网络的学习算法 此模糊神经网络的学习算法可基于b p 算法而提出，我们设e 。= 0 5 ( y - - y ) 2 ， ! ! 竺燃! 篓些丝娑篓墼竺苎悭! 絮竺= 一 其中y 为实际输蠢，￥为耨鬻输出，。为平方误差函数。 那么，学习过程中对m o ( 叱，：的调整量可用以下公式来表示： 肌，。( ，：l + 1 ) v + ”1 ，( 坩) 一节毒嚣毋擀廿 ( 3 2 5 ) ( 拜i ) 一a o c n ) # 一窄a e ，毒白 戳( 菲+ | ) 碱妇) 一一警a e ，嚣锄 我们先对式( 3 2 5 ) 遂行推导： ，l 。( h 十1 一t o o ( n ) 一一警a e ，a 埘埒一一等( ，一y ) a y l a 挪妇 。叫，棚嗵，执冲一与产；? 姑l i 乒f f 类似地有 ，( 霸埘缸) 咤 4 “赣毒 轴， 一( y - - y ) w ，趣。2 , e x p i ( - -掣卜与产 1 t q w 。( h 十1 ) 一t k “) 一一一( y y ) n ( 3 2 6 ) ( 3 2 7 ) ( 3 ，2 8 ) ( 3 。2 9 ) ( 3 3 0 ) w 以上( 3 2 8 ) ( 3 3 ) 诸式中地，批? “n 1 个u 连成。其中不含l i 的那 个u 。 3 5 5 系统的运行结果 我髓璃c + + 谣言实魂了上述算法程j 葶。现蹋一实铡谶臻本襻法在建横牢翡皮 嗣。首先选取样本，并用k - - m e a n s 方法对样本行聚类。选取的样本见表3 1 。 对撵本透簿袋类囊，褥弱弱撬蠲数为2 。必了疆高糖凌，我饕j 取m = 5 ，霞受 奄前面我们已经撮到，可根据实际满要调艇m 的假。依据m - - - 5 可得到该网络的结 构：它是一令三竣入摹竣滋蠼戴数必5 黪摸辍耱经瓣终。蠢了详缎熬瓣绦结旃嚣， 只鼗第四章算法流程图对网络进行训练，达到满熙精度要求即可。我们编制的程 黪运 亍结聚冠表3 2 。实践涯明，与没有改逶之i # 攘毖其运行踺阉簧长褥多，糖发 也菠。 复烤机智能控制系统研究 表3l 样本 t a b 3 1s a m p l e 爿【】x 2 ) x 3 3y x c l 】x o x 【a 】 r $ o 0 0 0 啪lo 帅( ，o n4 0 0 0 帅0 】0 0 2 m o o1 o o 0 0 0 0 $ o o i o o o o o ot l - 1 l o o s 3 州 3 o o o o c 0j l o1 0 0 0 05 t o o d 口s 2 1 0 s o 0 0 仰6o 抽2 - o o o o 】，3 b “m m1 0 0 0 i n c l o 】o o o o o o ，o o o o o ol “l # a o 5 - 蝴i o ( 3 ( 啪o o o30 ，l h m 呲o3 a o o o o o4 o o o o o o6 o j d 0o “- o 咖日伽2 - 删 0 - 3 ，o ，o o o o o o5 o o o 坤o5 o 0 0 0 05 t t 口 svo o o o o o3 o o o o o o2o o o o o o1 5 3 蛐0 0 0 o o o o o o5 o 0 0 0 * 是o o d o s ，i 4 0 0 0 5 螂5o g o o o ol ，0 0 0 0 0 0 】9 6 9 0 0 0 01 0 0 0 0i 0 4 o o 口o ，o s o o o o o olo o o o o o2 o o o o o o2 1 d 4 0 0 。bj 。o o a o o o o o i ) 6 o o o 0 0 0 s 8 7 0 0 0 0 “0 日c 0 0 03 删轧o o | c 帕o ol 1 5 0 0 0 0t 帅o o 帕o o o q o o a o 口a h m 0 0 5 - 愀5 一o o o o o o o l ；8 ) j o o o o o o1 d 0 0 0 0 0 ，o m ，o o o i o j s q ) o 5 0 0 o o # - o o 2 o o b 0 0 01 4 3 6 0 0 0 01 o o 帅1 o o o o o oi s o g d o o q 5 0 0 0 # - o 口o1 oa 0 1 口b o1 洲0 0 0 4o o o 抽o 5 o o 0 0 0 03 o c l 0 0 0 0 g o o o c - o1 3 g s o o o g1 o o o 日5 o o o a 0 。目啪 ? 2 , 4 0 0 0 s o o o o o o5 + o o o o o o5 o o o o o o1 2 4 3 0 0 0 0i 0 0 0 0 0 0i o o 口o o 钟o ol l ，t i d o 50 0 0 0 0 01o 0 0 0 0 口o o 0 0 0 01 9 0 2 椭m o 】o o o o 3 0 0 0 0 0 0i a o o o 1 1 1 i o o o o 5 - o o o o o oi - a ，帆 o o - 0 0 0 0 4 ) 0 】9 0 2 0 0 0 01 0 0 0 4 0 33 o o o 1 o d j e 5 o o o o o o3o o 删，【m5 0 1 3 0 0 0 01 5 。3 0 0 0 0 01 0 0 帅0 口d 6 4 t 0 0 0 5 0 0 0 0 0 05 o o o o o o o o o o o ol ；6 8 0 0 0 0lo o 0 0 0 01 o 0 0 0 0 01 o o o o ol o o o 0 0 0 b m o dl c 肭o o o f 啪o 6 1 0 0 0 0i o o o o o o3 0 0 0 0 0 0t o “ l 2 1 s 0 0 0 5 o o o o o o3 ”0 0 t m ，。2 o o 呻o ol5 ，9 0 ) 。lo o o o o os o o o o 喜呻0 0 7 2 4 0 0 0 表32 程序运行结果 t a b 3 2r e s u l to ft h ep r o g r a m m e 3 6 仿真分析 r 面针对刚潮段进行仿真，根据第一二章分析，烟叶嗣潮过程对象gc s ，= 篙。仿 真实验时参数选取如r ：k = 2 ，t = l ，t = o 2 5 。输入信号为单位阶跃信号。两种控制器的控 制效果如幽3 6 所示。对丁对象模型已知的过程，常规p i d 控制也能取得一定的控制效果。基 t f n n 的预测控制能够提前预估，从而控制过程超调小，稳态误差小，上升时间短。 兰些! ! 兰i ! 竺型至釜竺：j 图3 6 系统阶跃响应 f i g 3 6s t e pr e s p o n s e 由丁烟叶复烤过程的复杂性不能获取其精确的数学模型因此还要求控制器具有一定的 鲁棒性。r 面是控制器弭棒性试验调。整后对象参