糧（liáng）食幹燥（zào）過程（chéng）的先（xiān）進控製（2）
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2017-12-28 18:47:37
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摘要：
3過程控製研究中存在問題3.1幹燥技術（shù）與控製技（jì）術未充分結合 幹燥過程是典（diǎn）型的多變量、大慣性、高度（dù）非線性複雜係統（tǒng），建立一（yī）個理（lǐ）想的符（fú）合實（shí）際（jì）幹燥過程的數學模型（xíng）^困難；而且建立模型要花費大量精力，有時甚至是不可能。通常為便於（yú）研究要對建模條件進（jìn）行簡化，簡化後的（de）方程…
3 過程控製研究中存在問題
3.1幹燥技術與控製技術未充分結合
幹燥過程是典型的多變量（liàng）、大慣性（xìng）、高度非（fēi）線性複雜係統，建立一個理想的符合實際幹燥過程的數學模型（xíng）^困難；而（ér）且建立模型要花費大量精力，有時甚至是不（bú）可能。通常為便於研究要對建模條件進行簡化，簡化後的方程不能（néng）正確反映（yìng）幹燥過程，簡化常常會帶（dài）來誤差。有的模型如熱、質傳遞模型、幹燥（zào）過程優化控製型、模糊控（kòng）製及智（zhì）能控製型等，都（dōu）有不夠^之處。同時幹燥理論研究局（jú）限在擴散理論的圈（quān）子中、未找到物料自身的特性函數，這也給^模型的建立帶來了難度。即使一些幹燥過程能夠建（jiàn）立（lì）起^的數（shù）學模型，其結構往往（wǎng）也^複雜，難（nán）以設計並（bìng）實現有效的（de）控製。目前的研究基本上停留（liú）以一維數學模型（xíng）為基礎的控製上，常常是隻控製（zhì）某一個特定的參數，控製效果不理想，更不能完成多目標的智能控製。沒有一個很好的數學模型，在實施（shī）控製時不得不尋求其他間接（jiē）方法，這在一定程度上影響了控製的精度和效果，幹燥技術研究（jiū）與控製技術研究結（jié）合得不夠好，使幹燥機控製對發揮幹燥機^高效能、對提高產品質量的作用沒有完（wán）全體現。
3.2 幹燥（zào）過程（chéng）控（kòng）製方法及控製效果研（yán）究較少
3.2.1 過程控製中控製變量少
幹燥過程（chéng）控製係統以常規單變量技術為基礎（chǔ），控製的目標主要局限於對某（mǒu）一個變量或幾個變量（liàng）的平穩操（cāo）作（zuò），保證生產平穩和少出（chū）事故。隨著糧食幹燥工業日益（yì）走向大型化、集成化、連續化、複雜化，對過程控製的品質（zhì）提（tí）出了更高的要（yào）求，一（yī）個良（liáng）好（hǎo）的控製係統不但要（yào）保護係統的（de）穩定性和整個生產的安全，滿足一定的約束條件，而且應該帶來一（yī）定的經濟效益（yì）和社會效益。而（ér）在糧食幹（gàn）燥中，當某（mǒu）一烘幹段中熱風的溫度和濕度一旦變化，不僅對該烘幹段糧食的（de）溫（wēn）度和含水率產生直接的影響（xiǎng），還會（huì）間接影響到下一段乃至烘幹塔出口糧食（shí）的溫度和含水率。若排糧電機轉速放慢或者加快，不僅（jǐn）烘幹塔出口的糧食水分會變化，每一段烘幹段內糧食溫度（dù）和水分都會發生相（xiàng）應的改（gǎi）變。在這一係列複雜的變化過程（chéng）中，必然會伴（bàn）隨時滯、耦合、時變以及（jí）一係列非線性的過程。如（rú）果隻（zhī）是將被控變量的偏差和偏差變化率作為控製係統的輸入，當係統內部或外部幹擾增多時，很難保證其控製效果。經典的模糊控製係統常（cháng）將研究問題（tí）簡化為單輸入單輸出單變量（liàng）模糊控製器在應用中有很大局限性，控製器的輸入隻（zhī）有被控變量的偏差（chà）及偏差變化（huà），實質（zhì）上相當於一個可變參數的單輸入PD調節器。因此，幹燥過程的複雜性決定了控（kòng）製量和被控製量不止一個，互相之間存在錯綜複雜的（de）影響關係，各被控製量的^佳值也會存在相互製（zhì）約的因素，難以（yǐ）尋求^優的控（kòng）製方案。
3.2.2 先進（jìn）控製應用少且方法集中（zhōng）單一
雖然數十年來就開始（shǐ）探（tàn）究將如（rú）何智能（néng）控製應用於幹燥工藝中，但（dàn）是關於糧食幹燥（zào）先進控製係（xì）統的設計（jì）方法研究甚少，而（ér）且集中於（yú）某種方法的研究較多。“十（shí）五”期間國家糧食局花費了大量（liàng）的資金用於解決糧食幹燥過程中的水分在線測試（shì）和自動控製，結合一（yī）些糧庫進（jìn）行了一（yī）些項目（mù）的研究和開發工作，但多數設（shè）計單位都采用模（mó）糊控製方法。瀏覽國內學位論文也可以看到，較多的是利用神經網絡建立烘幹塔的數學模型、用模糊思想對幹燥機的性能進行綜（zōng）合評價和對幹燥機的設計進行優化；沒（méi）有一份應用（yòng）模型（xíng）預測控製的報道。先進控製方法（fǎ）雖然有很多（duō）優點，但單一方法也存（cún）在著這樣或那樣的不足。模糊（hú）控製是建立在熟（shú）練（liàn）操作才經驗的基（jī）礎上，需要（yào）通過係統自學習，不斷修正參數才能逐步逼近目標值。而幹燥時糧（liáng）食水分影響因（yīn）素多，不（bú）容易找到熟練操作者的經（jīng）驗參數，而未采用較準確反映烘幹機控製量的數學模型方法進（jìn）行自動控製設計（jì），很難（nán）保證幹（gàn）燥後（hòu）糧食品質。自適應控製雖然能在一定程度上解決不確定問題（tí），但算法複雜、計算量大，且對過程未建模動態和擾動的適應能（néng）力差，係統魯棒性問題（tí）尚待（dài）進一步解決（jué），應用受到限製。開發基於友好圖形界麵的^係統（tǒng）是幹燥過程控製的發展方向之（zhī）一，但由於進行問題求解時搜索的時間較長，^係統用於在（zài）線控製方麵的能力比較差。在神經網絡建模形式中，基於BP 算法（fǎ）的網絡具有訓練時（shí）間長，且（qiě）經（jīng）常發生不收斂的缺點；采用徑向基函數近（jìn）似幹燥（zào）過程雖然可大大提高收斂速度，並使網絡能夠收斂（liǎn）於全局^小值，但其中心坐標確定較困難。大部（bù）分現有的非（fēi）線性（xìng）模型預（yù）測控製方法隻（zhī）能用於較慢的過（guò）程控製（zhì），對於實時性要求較高的幹（gàn）燥過程控製不利。因此，單一應用某種控製策略必然不能^好地（dì）發揮過程控製的優勢。
3.3 檢（jiǎn）測多於（yú）控（kòng）製，水分（fèn）傳感器精度和穩定性（xìng）不高
糧食幹燥參數的檢測與控製儀表直接關係到幹燥的質量和經濟效益。國產糧食幹燥機自動控製應用不（bú）多，有些幹燥機裝有（yǒu）風溫數字顯示（shì）和超（chāo）溫報警（jǐng）以及排糧速度顯示裝置，但不能自動控製。國內糧（liáng）食水分檢測儀對糧食水分（fèn）的單純測（cè）量和（hé）顯示，沒有形成與糧食幹燥設備配套的實時、在（zài）線控製係統，無法實現糧食幹燥過程的（de）自動控製。糧食水分測試難以實現在線快速（sù）測量，目前國內使用的（de）幹燥設（shè）備由（yóu）於沒有一種定型的動態過程水分檢測的方法，無法實現糧食幹燥過程（chéng）的自動控製。在線水分測試傳感（gǎn）器測試精度和穩定性問題一起沒有得到很好得解決，沒有真正成熟到真正（zhèng）可靠檢測（cè）的階（jiē）段，影響了過程方法的精度。
4 發展方向
4.1 幹燥過程（chéng）模型的完善
繼續深入研（yán）究幹燥過程（chéng）中物料內部熱質傳遞規律；建立起能夠^反映幹燥過程狀態的數學模型（xíng）有助於完善幹燥過程的自動控製。同時，可以建立（lì）幹燥過程的智能（néng）模型，用智能模型來替代數（shù）學模型（xíng），智（zhì）能控製係（xì）統就能逼（bī）近真實係統和對其進行有效的控製。如用用人工神經網絡技術來建立數學模型，人工神經網（wǎng）絡（luò）技術則能將多個自（zì）變量映射到多個因（yīn）變量，因（yīn）此特別適合於複雜的糧食幹燥（zào）過程。
4.2 多種控製方法的結合滲透
單一采（cǎi）用（yòng）某種先進控製技術難以充分發（fā）揮優勢，一種必然的趨勢是各（gè）種（zhǒng）控製策略互（hù）相滲透，取長補（bǔ）短，互濟優勢，結合成複合的控（kòng）製策略。多種控製策略相結合的（de）複合控製策略克（kè）服了單獨策略的不足，更具有優良特性（xìng），能更好地滿足不同應用的要求（qiú），是今後的（de）發（fā）展方（fāng）向。研究表明（míng），用神經網絡代替模糊數學的推理方法，將使^係統的在線控製能力大大提高；將人工神經網絡與^係統結合起來的神經網絡（luò）^係統對於問題（tí）求解是一種有益的嚐試；神經網絡與傳統控製理論的結合使控製係統具有相當程度的智能。因此，複合控製策略將促使停留（liú）於數學仿真（zhēn）和實驗室研究階段的神（shén）經網絡控製的研究用於實際係統控製。模糊PID顯合控製、模糊變結構（gòu）控製、自適應模糊控製（zhì），模糊預測控製、模糊神經網絡控製、^模糊（hú）控製等複合控製正在興起，相信會有更大發展和廣泛應用。
4.3 控製策略的深入研究
幹燥過程係統的設計已不能采用單一的基於定量的數學模型的傳統控製理論和控製技術，必須進一步開發高級的過程控（kòng）製係統，研究先進的（de）過程控製（zhì）規律，以及將現有的控製理論和方法向過（guò）程控製（zhì）領（lǐng）域移植和改造等，這些方麵也越來越受到（dào）控製界的關注。進一步（bù）加強控製理論研（yán）究，如在預測控製（zhì）的三大機理： 預測模（mó）型、反饋校正方法、求（qiú）解優（yōu）化的策略上下功（gōng）夫，全方位（wèi）地去加以研究和（hé）突破；幹燥過程控製中迫切要求（qiú）開發（fā）出實時性好的模型預測控製方法，在保證幹（gàn）燥質量的前提下使在線計算時間減少；注重學科的（de）交叉研究，借鑒（jiàn）其他有效的控製方法，解決過程控製現有難題，不斷完善、發展和（hé）創新現有幹燥過程控製算（suàn）法；進一步提高幹燥品質自動控製係統的可靠性，建立具有（yǒu）自適應能力的控製算法。
