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實(shí)現(xiàn)糧食烘干機(jī)的自動(dòng)控制，對(duì)保證出機(jī)糧食水分均勻一致、干后糧食品質(zhì)、減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度及充分發(fā)揮烘干機(jī)生產(chǎn)能力等具有重要意義。
1、糧食烘干機(jī)自動(dòng)控制的發(fā)展現(xiàn)狀
Zachariah和Isaacs于1966年試驗(yàn)了4種大型烘干機(jī)的控制方法，即：PID控制（比例一積分控制）、前饋和PID反饋控制、開關(guān)控制、PID和開關(guān)控制。每一種控制策略均求出最優(yōu)的放大系數(shù)k (gain)和時(shí)間常數(shù)t的值，以便保證初水分產(chǎn)生一個(gè)階躍時(shí)終水分的誤差和干燥速率的積分值為最小。研究中發(fā)現(xiàn)對(duì)一個(gè)給定干燥條件下求出的最優(yōu)的控制方法，在另一種干燥條件下可能很不穩(wěn)定。他總結(jié)時(shí)認(rèn)為干燥過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬可以提供一種快速而準(zhǔn)確的研究自控系統(tǒng)性能的方法和有力工具，并且試驗(yàn)表明前饋開環(huán)控制方案的效果較好，富通新能源生產(chǎn)銷售滾筒烘干機(jī)、氣流式烘干機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
Borsum和Bakker - Arkema教授于1982年研究了單級(jí)順流式烘干機(jī)的自控系統(tǒng)，他們使用了微處理器控制糧食流量。由于當(dāng)時(shí)尚無(wú)商業(yè)上可提供的物美價(jià)廉的水分在線測(cè)試儀器，他們用于控制的算法是一種比例積分反饋控制的相當(dāng)算法(digitalequivalent)。該單片機(jī)控制器可以保持出機(jī)糧食平均溫度在±0.5℃內(nèi)（與設(shè)計(jì)值相比），相當(dāng)于出機(jī)糧食水分偏差為±0.2%。Borsum和Bakker建議使用一個(gè)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)入機(jī)糧食溫度的變化，并作為一個(gè)前饋的信號(hào)，以便減小它對(duì)出機(jī)糧溫的影響，而糧溫是用來(lái)控制干燥過(guò)程的參數(shù)。
Stone于1983年利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)比了前饋控制和傳統(tǒng)的比例一積分控制，他用熱風(fēng)溫度作為控制變量，以控制出機(jī)糧食水分。他用預(yù)期的終水分和計(jì)算機(jī)模擬的終水分的差值的平方和來(lái)比較評(píng)價(jià)控制器的性能，對(duì)比結(jié)果表明PID控制優(yōu)于簡(jiǎn)單的FF（前饋）控制。Stone對(duì)FF控制作了如下試驗(yàn)：他把FF控制器的響應(yīng)時(shí)間延遲了一半，發(fā)現(xiàn)它的ISE（誤差積分和）是簡(jiǎn)單FF控制的26%，是傳統(tǒng)PID控制的48%。他指出前饋控制不適應(yīng)烘干機(jī)參數(shù)的變化，認(rèn)為采用前饋十反饋或自適應(yīng)控制是一種較好的控制方案。
Becker于1983年開發(fā)了一種簡(jiǎn)化的干燥過(guò)程模型，并用于連續(xù)橫流式烘干機(jī)的微機(jī)控制。該模型與強(qiáng)有力的分布參數(shù)模型相比并不遜色，用于干燥過(guò)程的優(yōu)化，可使耗油費(fèi)和人工費(fèi)最小。在進(jìn)行室內(nèi)烘干玉米試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)溫度是主要制約因素，他認(rèn)為橫流式烘干機(jī)可用的最高熱風(fēng)溫度為117 ℃。
Forbes利用反饋線性過(guò)濾方法(Feed backlinear filtering)決定干燥特性參數(shù)。他試驗(yàn)了4種控制策略并與計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行了比較，即反饋（由出口水分控制）、PID控制、前饋（超前／滯后，由入口處谷物水分控制）、基于模型的前饋控制（利用烘干機(jī)入口處的平均水分控制）。他利用終水分的預(yù)測(cè)值與設(shè)定值的差值平方和對(duì)比了4種控制方案的性能，惟一的控制參數(shù)是排糧輥的轉(zhuǎn)速，熱風(fēng)溫度是保持不變的。試驗(yàn)表明，PID反饋控制和前饋控制反應(yīng)效果均不好，原因是時(shí)間滯后太大和入機(jī)糧食水分變化太頻繁。他指出這兩種控制方案的主要問(wèn)題是控制系統(tǒng)的響應(yīng)是基于剛剛進(jìn)機(jī)的糧食水分或者剛剛離機(jī)的糧食水分。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，基于模型的前饋控制方案效果最好，即利用入機(jī)糧食的平均水分作為整機(jī)糧食水分進(jìn)行控制。他對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，并在大型烘干機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)，與手動(dòng)控制比較，該機(jī)性能大大改善，此套系統(tǒng)己由加拿大Rolfes公司正式生產(chǎn)，自1984年起已經(jīng)在政府支持下生產(chǎn)了50套（安大略州糧食烘干機(jī)改型計(jì)劃），并裝在大型糧食烘干機(jī)上。生產(chǎn)試驗(yàn)表明，安裝該自控系統(tǒng)的烘干機(jī)節(jié)能13. 5%，95%的用戶認(rèn)為烘干機(jī)的生產(chǎn)率有所提高，97%的用戶認(rèn)為糧食過(guò)干現(xiàn)象大為減少，81%的用戶則要求更高的糧食品質(zhì)。
英國(guó)Whitfield于1986年利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)順流式糧食烘干機(jī)的PID控制器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，即根據(jù)出機(jī)糧食水分控制糧食流量，數(shù)據(jù)取自順流式糧食烘干機(jī)并用于驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性。研究表明，實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值的絕對(duì)誤差在1%（干基）之內(nèi)。他還利用不同的放大系數(shù)k(gain)和不同的積分時(shí)間對(duì)干燥過(guò)程進(jìn)行模擬，以期獲得最佳性能，農(nóng)場(chǎng)中的實(shí)際數(shù)據(jù)被用于模擬程序的輸入。使用經(jīng)驗(yàn)表明，該控制系統(tǒng)在某些條件下工作很好，但不是所有條件均好，這主要是由于處理量和干燥水分的非線性關(guān)系存在所致。
瑞典Nybrant于1985年開發(fā)了一種自適應(yīng)(adaptive)控制系統(tǒng)。他利用排氣溫度控制糧食水分，并利用一個(gè)實(shí)驗(yàn)室用的批式烘干機(jī)深入研究了風(fēng)溫、風(fēng)量對(duì)排氣溫度和糧食水分的影響，目的是分析利用排氣溫度確定出機(jī)糧食水分的可行性。研究發(fā)現(xiàn)，即使排氣溫度保持不變時(shí)，初水分變化時(shí)出機(jī)糧食水分也是變化的。Nvbrant利用實(shí)驗(yàn)室的小型烘干機(jī)對(duì)自適應(yīng)控制器進(jìn)行了試驗(yàn)，證明盡管條件多變，自適應(yīng)控制器能夠比較準(zhǔn)確的控制排氣溫度。
Brook和Bruce于1986年對(duì)近代最新的谷物烘干機(jī)自控系統(tǒng)作了綜述，指出“實(shí)用的谷物干燥模擬程序已經(jīng)開發(fā)出來(lái)并且用于谷物烘干機(jī)自動(dòng)控制”，還指出模擬模型必須改進(jìn)，以便用于計(jì)算干燥過(guò)程中糧食的損傷和品質(zhì)。雖目前尚無(wú)可以計(jì)算谷物干后品質(zhì)的模型，但是這將是今后研究的熱點(diǎn)。他們指出國(guó)際市場(chǎng)對(duì)糧食品質(zhì)提出很高的要求，因而干燥研究部門必須更加深入的研究干燥條件與糧食品質(zhì)的關(guān)系，建議開發(fā)糧食品質(zhì)或有關(guān)參數(shù)的在線檢測(cè)裝置。
Eltiganic于1986年在橫流式烘干機(jī)上試驗(yàn)了兩個(gè)季度的烘干機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用了基于模型的前饋控制器，水分測(cè)試為半連續(xù)式。該控制系統(tǒng)與手動(dòng)控制相比，能改善干燥品質(zhì)，并減少糧食過(guò)干現(xiàn)象和工時(shí)，能降低能耗。
我國(guó)學(xué)者劉強(qiáng)博士于1999年在美國(guó)對(duì)橫流式谷物烘干機(jī)自動(dòng)控制進(jìn)行了研究，開發(fā)了新型MPC(model predictive controller)控制器，并在農(nóng)用風(fēng)機(jī)公司(FFI)生產(chǎn)的Zimmerman VT1210橫流式烘干機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)，水分控制精度達(dá)到±0.7%，熱風(fēng)溫度為85℃～120℃，入機(jī)糧水分在21%～32%(w．b．)變化，干燥塔干燥和冷卻段共長(zhǎng)12.9m，分了10段以便進(jìn)行模擬。
2、糧食烘干機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
2.1多變量
糧食烘干機(jī)自動(dòng)控制是一個(gè)比較復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程，不僅要考慮加工過(guò)程中糧食水分及溫度，干燥介質(zhì)溫度、濕度及流量，以及外界氣候條件等參數(shù)的影響，還要兼顧到糧食烘干機(jī)的工藝流程（如順流、逆流、混流和橫流等）。另外，一些干燥變量無(wú)法直接測(cè)量，即使可以測(cè)量，測(cè)量值也不夠準(zhǔn)確。
2.2非線性
糧食干燥一般有升溫、恒速和降速等階段，其中降速階段是糧食干燥中最主要階段，而在此階段糧食的水分變化是非線性的。
2.3 大滯后
糧食烘干機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度受谷物流速的影響，而糧食干燥時(shí)間一般較長(zhǎng)（糧食在大型烘干機(jī)內(nèi)滯留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5～6h）。因此自動(dòng)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度緩慢、且在干燥過(guò)程中交互作用嚴(yán)重，一個(gè)控制動(dòng)作的改變會(huì)影響烘干機(jī)中的所有性能參數(shù)。
2.4 強(qiáng)耦合
在烘干機(jī)中，被控變量和控制變量有耦合作用。
2.5 非穩(wěn)態(tài)
有些糧食烘干機(jī)經(jīng)常是在非穩(wěn)態(tài)下工作的。
此外，因烘干機(jī)作業(yè)條件復(fù)雜，干擾變量較多，檢測(cè)自控效果較難，再加上目前無(wú)精確的在線水分測(cè)試儀器，糧食烘干機(jī)的自動(dòng)控制還是一個(gè)難點(diǎn)。
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糧食烘干機(jī)的自動(dòng)控制
來(lái)源：環(huán)球糧機(jī)網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2015-08-16 16:27:37
