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2013-06-06 14:12:24
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文章摘要：
3 過(guò)程控制研究中存在問(wèn)題
3.1干燥技術(shù)與控制技術(shù)未充分結合
干燥過(guò)程是典型的多變量、大慣性、高度非線(xiàn)性復雜系統，建立一個(gè)理想的符合實(shí)際干燥過(guò)程的數學(xué)模型^困難；而且建立模型要花費大量精力，有時(shí)甚至是不可能。通常為便于研究要對建模條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的方程不能正確反映干燥過(guò)程，簡(jiǎn)化常常會(huì )帶來(lái)誤差。有的模型如熱、質(zhì)傳遞模型、干燥過(guò)程優(yōu)化控制型、模糊控制及智能控制型等，都有不夠^之處。同時(shí)干燥理論研究局限在擴散理論的圈子中、未找到物料自身的特性函數，這也給^模型的建立帶來(lái)了難度。即使一些干燥過(guò)程能夠建立起^的數學(xué)模型，其結構往往也^復雜，難以設計并實(shí)現有效的控制。目前的研究基本上停留以一維數學(xué)模型為基礎的控制上，常常是只控制某一個(gè)特定的參數，控制效果不理想，更不能完成多目標的智能控制。沒(méi)有一個(gè)很好的數學(xué)模型，在實(shí)施控制時(shí)不得不尋求其他間接方法，這在一定程度上影響了控制的精度和效果，干燥技術(shù)研究與控制技術(shù)研究結合得不夠好，使干燥機控制對發(fā)揮干燥機^高效能、對提高產(chǎn)品質(zhì)量的作用沒(méi)有完全體現。
3.2 干燥過(guò)程控制方法及控制效果研究較少
3.2.1 過(guò)程控制中控制變量少
干燥過(guò)程控制系統以常規單變量技術(shù)為基礎，控制的目標主要局限于對某一個(gè)變量或幾個(gè)變量的平穩操作，保證生產(chǎn)平穩和少出事故。隨著(zhù)糧食干燥工業(yè)日益走向大型化、集成化、連續化、復雜化，對過(guò)程控制的品質(zhì)提出了更高的要求，一個(gè)良好的控制系統不但要保護系統的穩定性和整個(gè)生產(chǎn)的安全，滿(mǎn)足一定的約束條件，而且應該帶來(lái)一定的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。而在糧食干燥中，當某一烘干段中熱風(fēng)的溫度和濕度一旦變化，不僅對該烘干段糧食的溫度和含水率產(chǎn)生直接的影響，還會(huì )間接影響到下一段乃至烘干塔出口糧食的溫度和含水率。若排糧電機轉速放慢或者加快，不僅烘干塔出口的糧食水分會(huì )變化，每一段烘干段內糧食溫度和水分都會(huì )發(fā)生相應的改變。在這一系列復雜的變化過(guò)程中，必然會(huì )伴隨時(shí)滯、耦合、時(shí)變以及一系列非線(xiàn)性的過(guò)程。如果只是將被控變量的偏差和偏差變化率作為控制系統的輸入，當系統內部或外部干擾增多時(shí)，很難保證其控制效果。經(jīng)典的模糊控制系統常將研究問(wèn)題簡(jiǎn)化為單輸入單輸出單變量模糊控制器在應用中有很大局限性，控制器的輸入只有被控變量的偏差及偏差變化，實(shí)質(zhì)上相當于一個(gè)可變參數的單輸入PD調節器。因此，干燥過(guò)程的復雜性決定了控制量和被控制量不止一個(gè)，互相之間存在錯綜復雜的影響關(guān)系，各被控制量的^佳值也會(huì )存在相互制約的因素，難以尋求^優(yōu)的控制方案。
3.2.2 先進(jìn)控制應用少且方法集中單一
雖然數十年來(lái)就開(kāi)始探究將如何智能控制應用于干燥工藝中，但是關(guān)于糧食干燥先進(jìn)控制系統的設計方法研究甚少，而且集中于某種方法的研究較多?！笆濉逼陂g國家糧食局花費了大量的資金用于解決糧食干燥過(guò)程中的水分在線(xiàn)測試和自動(dòng)控制，結合一些糧庫進(jìn)行了一些項目的研究和開(kāi)發(fā)工作，但多數設計單位都采用模糊控制方法。瀏覽國內學(xué)位論文也可以看到，較多的是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )建立烘干塔的數學(xué)模型、用模糊思想對干燥機的性能進(jìn)行綜合評價(jià)和對干燥機的設計進(jìn)行優(yōu)化；沒(méi)有一份應用模型預測控制的報道。先進(jìn)控制方法雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但單一方法也存在著(zhù)這樣或那樣的不足。模糊控制是建立在熟練操作才經(jīng)驗的基礎上，需要通過(guò)系統自學(xué)習，不斷修正參數才能逐步逼近目標值。而干燥時(shí)糧食水分影響因素多，不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干機控制量的數學(xué)模型方法進(jìn)行自動(dòng)控制設計，很難保證干燥后糧食品質(zhì)。自適應控制雖然能在一定程度上解決不確定問(wèn)題，但算法復雜、計算量大，且對過(guò)程未建模動(dòng)態(tài)和擾動(dòng)的適應能力差，系統魯棒性問(wèn)題尚待進(jìn)一步解決，應用受到限制。開(kāi)發(fā)基于友好圖形界面的^系統是干燥過(guò)程控制的發(fā)展方向之一，但由于進(jìn)行問(wèn)題求解時(shí)搜索的時(shí)間較長(cháng)，^系統用于在線(xiàn)控制方面的能力比較差。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )建模形式中，基于BP 算法的網(wǎng)絡(luò )具有訓練時(shí)間長(cháng)，且經(jīng)常發(fā)生不收斂的缺點(diǎn)；采用徑向基函數近似干燥過(guò)程雖然可大大提高收斂速度，并使網(wǎng)絡(luò )能夠收斂于全局^小值，但其中心坐標確定較困難。大部分現有的非線(xiàn)性模型預測控制方法只能用于較慢的過(guò)程控制，對于實(shí)時(shí)性要求較高的干燥過(guò)程控制不利。因此，單一應用某種控制策略必然不能^好地發(fā)揮過(guò)程控制的優(yōu)勢。
3.3 檢測多于控制，水分傳感器精度和穩定性不高
糧食干燥參數的檢測與控制儀表直接關(guān)系到干燥的質(zhì)量和經(jīng)濟效益。國產(chǎn)糧食干燥機自動(dòng)控制應用不多，有些干燥機裝有風(fēng)溫數字顯示和超溫報警以及排糧速度顯示裝置，但不能自動(dòng)控制。國內糧食水分檢測儀對糧食水分的單純測量和顯示，沒(méi)有形成與糧食干燥設備配套的實(shí)時(shí)、在線(xiàn)控制系統，無(wú)法實(shí)現糧食干燥過(guò)程的自動(dòng)控制。糧食水分測試難以實(shí)現在線(xiàn)快速測量，目前國內使用的干燥設備由于沒(méi)有一種定型的動(dòng)態(tài)過(guò)程水分檢測的方法，無(wú)法實(shí)現糧食干燥過(guò)程的自動(dòng)控制。在線(xiàn)水分測試傳感器測試精度和穩定性問(wèn)題一起沒(méi)有得到很好得解決，沒(méi)有真正成熟到真正可靠檢測的階段，影響了過(guò)程方法的精度。
4 發(fā)展方向
4.1 干燥過(guò)程模型的完善
繼續深入研究干燥過(guò)程中物料內部熱質(zhì)傳遞規律；建立起能夠^反映干燥過(guò)程狀態(tài)的數學(xué)模型有助于完善干燥過(guò)程的自動(dòng)控制。同時(shí)，可以建立干燥過(guò)程的智能模型，用智能模型來(lái)替代數學(xué)模型，智能控制系統就能逼近真實(shí)系統和對其進(jìn)行有效的控制。如用用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)建立數學(xué)模型，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)則能將多個(gè)自變量映射到多個(gè)因變量，因此特別適合于復雜的糧食干燥過(guò)程。
4.2 多種控制方法的結合滲透
單一采用某種先進(jìn)控制技術(shù)難以充分發(fā)揮優(yōu)勢，一種必然的趨勢是各種控制策略互相滲透，取長(cháng)補短，互濟優(yōu)勢，結合成復合的控制策略。多種控制策略相結合的復合控制策略克服了單獨策略的不足，更具有優(yōu)良特性，能更好地滿(mǎn)足不同應用的要求，是今后的發(fā)展方向。研究表明，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )代替模糊數學(xué)的推理方法，將使^系統的在線(xiàn)控制能力大大提高；將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )與^系統結合起來(lái)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )^系統對于問(wèn)題求解是一種有益的嘗試；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )與傳統控制理論的結合使控制系統具有相當程度的智能。因此，復合控制策略將促使停留于數學(xué)仿真和實(shí)驗室研究階段的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制的研究用于實(shí)際系統控制。模糊PID顯合控制、模糊變結構控制、自適應模糊控制，模糊預測控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制、^模糊控制等復合控制正在興起，相信會(huì )有更大發(fā)展和廣泛應用。
4.3 控制策略的深入研究
干燥過(guò)程系統的設計已不能采用單一的基于定量的數學(xué)模型的傳統控制理論和控制技術(shù)，必須進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高級的過(guò)程控制系統，研究先進(jìn)的過(guò)程控制規律，以及將現有的控制理論和方法向過(guò)程控制領(lǐng)域移植和改造等，這些方面也越來(lái)越受到控制界的關(guān)注。進(jìn)一步加強控制理論研究，如在預測控制的三大機理： 預測模型、反饋校正方法、求解優(yōu)化的策略上下功夫，全方位地去加以研究和突破；干燥過(guò)程控制中迫切要求開(kāi)發(fā)出實(shí)時(shí)性好的模型預測控制方法，在保證干燥質(zhì)量的前提下使在線(xiàn)計算時(shí)間減少；注重學(xué)科的交叉研究，借鑒其他有效的控制方法，解決過(guò)程控制現有難題，不斷完善、發(fā)展和創(chuàng )新現有干燥過(guò)程控制算法；進(jìn)一步提高干燥品質(zhì)自動(dòng)控制系統的可靠性，建立具有自適應能力的控制算法。
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