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實現(xiàn)糧食烘干機的自動控制，對保證出機糧食水分均勻一致、干后糧食品質(zhì)、減輕操作人員勞動強度及充分發(fā)揮烘干機生產(chǎn)能力等具有重要意義。
1、糧食烘干機自動控制的發(fā)展現(xiàn)狀
Zachariah和Isaacs于1966年試驗了4種大型烘干機的控制方法，即：PID控制（比例一積分控制）、前饋和PID反饋控制、開關控制、PID和開關控制。每一種控制策略均求出最優(yōu)的放大系數(shù)k (gain)和時間常數(shù)t的值，以便保證初水分產(chǎn)生一個階躍時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)對一個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。他總結時認為干燥過程的計算機模擬可以提供一種快速而準確的研究自控系統(tǒng)性能的方法和有力工具，并且試驗表明前饋開環(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、氣流式烘干機等機械設備。
Borsum和Bakker - Arkema教授于1982年研究了單級順流式烘干機的自控系統(tǒng)，他們使用了微處理器控制糧食流量。由于當時尚無商業(yè)上可提供的物美價廉的水分在線測試儀器，他們用于控制的算法是一種比例積分反饋控制的相當算法(digitalequivalent)。該單片機控制器可以保持出機糧食平均溫度在±0.5℃內(nèi)（與設計值相比），相當于出機糧食水分偏差為±0.2%。Borsum和Bakker建議使用一個溫度傳感器來檢測入機糧食溫度的變化，并作為一個前饋的信號，以便減小它對出機糧溫的影響，而糧溫是用來控制干燥過程的參數(shù)。
Stone于1983年利用計算機模擬技術對比了前饋控制和傳統(tǒng)的比例一積分控制，他用熱風溫度作為控制變量，以控制出機糧食水分。他用預期的終水分和計算機模擬的終水分的差值的平方和來比較評價控制器的性能，對比結果表明PID控制優(yōu)于簡單的FF（前饋）控制。Stone對FF控制作了如下試驗：他把FF控制器的響應時間延遲了一半，發(fā)現(xiàn)它的ISE（誤差積分和）是簡單FF控制的26%，是傳統(tǒng)PID控制的48%。他指出前饋控制不適應烘干機參數(shù)的變化，認為采用前饋十反饋或自適應控制是一種較好的控制方案。
Becker于1983年開發(fā)了一種簡化的干燥過程模型，并用于連續(xù)橫流式烘干機的微機控制。該模型與強有力的分布參數(shù)模型相比并不遜色，用于干燥過程的優(yōu)化，可使耗油費和人工費最小。在進行室內(nèi)烘干玉米試驗時，發(fā)現(xiàn)熱風溫度是主要制約因素，他認為橫流式烘干機可用的最高熱風溫度為117 ℃。
Forbes利用反饋線性過濾方法(Feed backlinear filtering)決定干燥特性參數(shù)。他試驗了4種控制策略并與計算機模擬進行了比較，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（利用烘干機入口處的平均水分控制）。他利用終水分的預測值與設定值的差值平方和對比了4種控制方案的性能，惟一的控制參數(shù)是排糧輥的轉速，熱風溫度是保持不變的。試驗表明，PID反饋控制和前饋控制反應效果均不好，原因是時間滯后太大和入機糧食水分變化太頻繁。他指出這兩種控制方案的主要問題是控制系統(tǒng)的響應是基于剛剛進機的糧食水分或者剛剛離機的糧食水分。試驗發(fā)現(xiàn)，基于模型的前饋控制方案效果最好，即利用入機糧食的平均水分作為整機糧食水分進行控制。他對該控制系統(tǒng)進行了產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，并在大型烘干機上進行了試驗，與手動控制比較，該機性能大大改善，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改型計劃），并裝在大型糧食烘干機上。生產(chǎn)試驗表明，安裝該自控系統(tǒng)的烘干機節(jié)能13. 5%，95%的用戶認為烘干機的生產(chǎn)率有所提高，97%的用戶認為糧食過干現(xiàn)象大為減少，81%的用戶則要求更高的糧食品質(zhì)。
英國Whitfield于1986年利用計算機模擬技術對順流式糧食烘干機的PID控制器參數(shù)進行了優(yōu)化研究，即根據(jù)出機糧食水分控制糧食流量，數(shù)據(jù)取自順流式糧食烘干機并用于驗證模擬的準確性。研究表明，實測值和預測值的絕對誤差在1%（干基）之內(nèi)。他還利用不同的放大系數(shù)k(gain)和不同的積分時間對干燥過程進行模擬，以期獲得最佳性能，農(nóng)場中的實際數(shù)據(jù)被用于模擬程序的輸入。使用經(jīng)驗表明，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系存在所致。
瑞典Nybrant于1985年開發(fā)了一種自適應(adaptive)控制系統(tǒng)。他利用排氣溫度控制糧食水分，并利用一個實驗室用的批式烘干機深入研究了風溫、風量對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，初水分變化時出機糧食水分也是變化的。Nvbrant利用實驗室的小型烘干機對自適應控制器進行了試驗，證明盡管條件多變，自適應控制器能夠比較準確的控制排氣溫度。
Brook和Bruce于1986年對近代最新的谷物烘干機自控系統(tǒng)作了綜述，指出“實用的谷物干燥模擬程序已經(jīng)開發(fā)出來并且用于谷物烘干機自動控制”，還指出模擬模型必須改進，以便用于計算干燥過程中糧食的損傷和品質(zhì)。雖目前尚無可以計算谷物干后品質(zhì)的模型，但是這將是今后研究的熱點。他們指出國際市場對糧食品質(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)的關系，建議開發(fā)糧食品質(zhì)或有關參數(shù)的在線檢測裝置。
Eltiganic于1986年在橫流式烘干機上試驗了兩個季度的烘干機自動控制系統(tǒng)，采用了基于模型的前饋控制器，水分測試為半連續(xù)式。該控制系統(tǒng)與手動控制相比，能改善干燥品質(zhì)，并減少糧食過干現(xiàn)象和工時，能降低能耗。
我國學者劉強博士于1999年在美國對橫流式谷物烘干機自動控制進行了研究，開發(fā)了新型MPC(model predictive controller)控制器，并在農(nóng)用風機公司(FFI)生產(chǎn)的Zimmerman VT1210橫流式烘干機上進行了試驗，水分控制精度達到±0.7%，熱風溫度為85℃～120℃，入機糧水分在21%～32%(w．b．)變化，干燥塔干燥和冷卻段共長12.9m，分了10段以便進行模擬。
2、糧食烘干機自動控制系統(tǒng)的特點
2.1多變量
糧食烘干機自動控制是一個比較復雜的工業(yè)過程，不僅要考慮加工過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，一些干燥變量無法直接測量，即使可以測量，測量值也不夠準確。
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
糧食烘干機自動控制系統(tǒng)的響應速度受谷物流速的影響，而糧食干燥時間一般較長（糧食在大型烘干機內(nèi)滯留時間長達5～6h）。因此自動控制系統(tǒng)的響應速度緩慢、且在干燥過程中交互作用嚴重，一個控制動作的改變會影響烘干機中的所有性能參數(shù)。
2.4 強耦合
在烘干機中，被控變量和控制變量有耦合作用。
2.5 非穩(wěn)態(tài)
有些糧食烘干機經(jīng)常是在非穩(wěn)態(tài)下工作的。
此外，因烘干機作業(yè)條件復雜，干擾變量較多，檢測自控效果較難，再加上目前無精確的在線水分測試儀器，糧食烘干機的自動控制還是一個難點。
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糧食烘干機的自動控制
來源：環(huán)球糧機網(wǎng)發(fā)布時間：2015-08-16 16:27:37
