一種熱風類乾燥機的模糊控制系統的製作方法

2023-05-26 00:13:26

專利名稱：：一種熱風類乾燥機的模糊控制系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種乾燥機的模糊控制系統，尤其涉及一種熱風類乾燥機的模糊控制系統。
背景技術：
：現有技術中，大多數的熱風類乾燥機，由於其時間常數較大，因此一般都是大遲滯系統。大遲滯系統的溫度控制本身就是一個難度較大的問題，再加上熱風類乾燥機的數學模型不易建立，從而導致熱風溫度控制精度較低。木材烘乾機、石膏板乾燥機等等，均是常見的熱風類乾燥機。其中石膏板乾燥機應用在石膏板生產線上。石膏板的生產是一個連續的生產過程，石膏板的乾燥是石膏板生產的一個重要環節，其乾燥程度直接影響到石膏板成品的質量。目前，石膏板的乾燥主要是通過乾燥機提供的熱風，來烘乾石膏板中的水分。乾燥機熱風溫度的控制當前主要基於經典的控制理論。然而由於乾燥機本身數學模型比較複雜，選用經典的控制理論和方法，如比例積分(PI)或比例積分微分(PID)調節，對系統性影響較小，溫度控制效果不好，精度一般只能控制在2%左右。因此，有必要改進現有控制手段來較高精度地調節熱風類乾燥機所輸出的熱風溫度。
發明內容本發明所要解決的技術問題是在於需要提供一種熱風類乾燥機的模糊控制系統，用以調節熱風類乾燥機的熱風溫度。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種熱風類乾燥機的模糊控制系統，用以調節所述乾燥機的熱風溫度，包括反饋模塊及伺服模塊，還包括控制模塊，與所述反饋模塊及伺服模塊相連，用於接收一給定溫度值，以及所述反饋模塊所採集的所述乾燥機所輸出的熱風的實際溫度值，對所述給定溫度值及實際溫度值進行比較獲得一偏差值，對所述偏差值進行微分獲得表示該偏差值變化速率的一偏差值微分，對所述偏差值及偏差值微分模糊化處理後，查詢一預設的控制決策表，獲得一映射控制量，將所述映射控制量作為一控制信號，並將所述控制信號發送給所述伺服模塊以調節所述乾燥機所輸出的熱風的溫度。如上所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，所述控制模塊可以包括比較子模塊，用於接收所述給定溫度值及實際溫度值，並對所述給定溫度值及實際溫度值進行比較，獲得所述偏差值；微分子模塊，與所述比較子模塊相連，用於對所述偏差值進行微分運算，獲得所述偏差值微分；及模糊控制子模塊，與所述比較子模塊及微分子模塊相連，用於存儲根據模糊控制理論預設的一偏差模糊子集及一偏差微分模糊子集，以及預設的一控制決策表；用於將所述偏差值映射到所述偏差模糊子集，獲得一偏差論域值，以及將所述偏差值微分映射到所述偏差微分模糊子集，獲得一偏差微分論域值，根據所述偏差論域值及偏差微分論域值查詢所述控制決策表，獲得一輸出論域值，根據所述輸出論域值獲得所述映射控制量。進一步地，所述模糊控制子模塊可以包括存儲單元，用於存儲所述偏差模糊子集、偏差微分模糊子集及控制決策表；第一映射單元，與所述比較子模塊、微分子模塊及存儲單元相連，用於將所述偏差值映射到所述偏差模糊子集，獲得所述偏差論域值，將所述偏差值微分映射到所述偏差微分模糊子集，獲得所述偏差微分論域值；查詢單元，與所述存儲單元及第一映射單元相連，用於根據所述偏差論域值及偏差微分論域值查詢所述控制決策表，獲得所述輸出論域值；及第二映射單元，與所述查詢單元相連，用於根據所述輸出論域值獲得所述映射控制量。如上所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，所述控制模塊可以進一步對所述映射控制量及偏差值進行加權求和處理，將處理結果作為所述控制信號。進一步地，所述控制模塊可以將所述偏差值進行加權處理獲得一比例控制量，將所述映射控制量及比例控制量進行疊加，將疊加結果作為所述控制信號。如上所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，所述控制模塊可以進一步包括加權求和子模塊，與所述比較子模塊及模糊控制子模塊相連，用於對所述偏差值及映射控制量進行加權求和處理，將處理結果作為所述控制信號。進一步地，所述加權求和子模塊可以包括比例單元，與所述比較子模塊相連，用於對所述偏差值進行加權處理，獲得一比例控制量；及疊加單元，與所述模糊控制子模塊及比例單元相連，用於對所述映射控制量及比例控制量進行疊加，將疊加結果作為所述控制信號。與現有技術相比，本發明各種實施方式實現了熱風類乾燥機的熱風溫度的調節，提高了乾燥機的熱風溫度控制效果和控制精度，使得整個乾燥機及乾燥系統更加穩定。圖1為本發明熱風類乾燥機的溫度模糊控制系統一實施例的組成示意圖。圖2為圖1所示系統實施例中反饋模塊的組成示意圖。圖3為圖1所示系統實施例中控制模塊的組成示意圖。圖4為圖3所示控制模塊中模糊控制子模塊的組成示意圖。圖5為圖3所示控制模塊中加權求和子模塊的組成示意圖。圖6為圖1所示系統實施例實現熱風溫度控制的一方法流程示意。具體實施例方式以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。圖1為本發明熱風類乾燥機的溫度模糊控制系統一實施例的組成示意圖。如圖所5示，該模糊控制系統實施例100用以較高精度地調節熱風乾燥機200的熱風溫度，其主要包括反饋模塊120、控制模塊130及伺服模塊140，其中反饋模塊120，用於採集熱風乾燥機200所輸出的熱風的實際溫度值，獲得包含該實際溫度值的溫度信號後，將該溫度信號根據需要轉換為反饋信號後發送給控制模塊130;其中該反饋信號比如是電壓信號或者電流信號，包含熱風乾燥機200所輸出的熱風的實際溫度值。控制模塊130，與反饋模塊120相連，用於接收含有一給定溫度值的一輸入信號及反饋模塊120的反饋信號，對給定溫度值和實際溫度值進行比較，獲得給定溫度值和實際溫度值的偏差值e，其中的給定溫度值是根據工藝要求而預設的，對該偏差值e進行微分運算，獲得表示該偏差值變化速率的偏差值微分ec，然後對偏差值e和偏差值微分ec模糊化處理後作為兩個輸入信號，即將偏差值e映射到根據模糊控制理論預設的偏差模糊子集，獲得一屬於該偏差模糊子集的偏差論域值E，將偏差值微分ec映射到根據模糊控制理論預設的偏差微分模糊子集，獲得一屬於該偏差微分模糊子集的偏差微分論域值EC，計算表達式如下E二、Xe(式1)EC=k2Xec(式2)其中e為對給定溫度值和實際溫度值進行比較的偏差值；ec為偏差值e的微分；E為偏差值e映射到偏差模糊子集論域中的偏差論域值；EC為偏差值微分ec映射到偏差微分模糊子集論域中的偏差微分論域值；、為偏差值e的量化因子；k2為偏差值微分ec的量化因子。然後根據偏差論域值E及偏差微分論域值EC查詢一根據崗位操作經驗而預設的控制決策表，獲得一鼓風量輸出論域值U，然後根據下式對該論域值U進行映射，獲得一映射控制量Ul為u^kgXU(式3)其中U為鼓風量輸出論域值；Ul為模糊控制器輸出的映射控制量；k3為論域值U的量化因子。然後將映射控制量Ul和偏差值e進行加權求和，將加權求和的結果作為一控制信號。比如將映射控制量^和比例於偏差值e的比例控制量U2相加，獲得一控制信號u，即根據如下表達式u=Ul+u2(式4)u值即為控制模塊130輸出給伺服模塊140的控制信號。當然，在其他的實施例中，也可以對映射控制量Ul和偏差值e設置其他數量的加權係數並求和後將結果作為該控制信號，或者直接以該映射控制量Ul作為該控制信號，只要根據實際實施情形獲得滿足實際需要的控制信號u均可。伺服模塊140，與控制模塊130相連，根據控制模塊130輸出的控制信號u調節熱油、熱水或者水蒸氣閥門的開度大小，控制熱油、熱水或者水蒸氣流量，從而調節熱風乾燥機200的熱風溫度。圖2為上述模糊控制系統實施例100中反饋模塊120的組成示意圖。如圖2所示，該反饋模塊120至少包括檢測元件210及反饋子模塊220，其中檢測元件210，用於採集熱風乾燥機200所輸出的熱風的實際溫度值，獲得包含該實際溫度值的溫度信號；及反饋子模塊220，與檢測元件210相連，用於將該溫度信號根據需要轉換為反饋信號後反饋給控制模塊130。圖3為上述模糊控制系統實施例100中控制模塊130的組成示意圖。如圖3所示，該控制模塊130主要包括比較子模塊310，用於接收輸入信號及反饋信號，並對輸入信號中的給定溫度值及反饋信號中的實際溫度值進行比較，獲得偏差值e;微分子模塊320，與比較子模塊310相連，用於對該偏差值e進行微分運算獲得表示該偏差值變化速率的偏差值微分ec;模糊控制子模塊330，與比較子模塊310及微分子模塊320相連，用於存儲根據模糊控制理論預設的偏差模糊子集及偏差微分模糊子集，以及預設的一控制決策表；用於將偏差值e映射到該偏差模糊子集，獲得一屬於該偏差模糊子集的偏差論域值E，將偏差值微分ec映射到該偏差微分模糊子集，獲得一屬於該偏差微分模糊子集的偏差微分論域值EC，根據該偏差論域值E及偏差微分論域值EC查詢該控制決策表，獲得一輸出論域值U，根據該輸出論域值U獲得一映射控制量Ul;及加權求和子模塊340，與比較子模塊310及模糊控制子模塊330相連，用於對比較子模塊310所獲得偏差值e及模糊控制子模塊330所獲得的映射控制量Ul進行加權求和處理，將所得結果作為一控制信號，輸出給伺服模塊140。圖4為上述控制模塊130中模糊控制子模塊330的組成示意圖。如圖4所示，該模糊控制子模塊330主要包括存儲單元332，用於存儲根據模糊控制理論預設的偏差模糊子集及偏差微分模糊子集，還用於存儲一預設的控制決策表；第一映射單元334，與比較子模塊310、微分子模塊320及存儲單元332相連，用於將偏差值e映射到該偏差模糊子集，獲得屬於該偏差模糊子集的偏差論域值E，將偏差值微分ec映射到該偏差微分模糊子集，獲得屬於該偏差微分模糊子集的偏差微分論域值EC;查詢單元336，與存儲單元332及第一映射單元334相連，用於根據該偏差論域值E及偏差微分論域值EC查詢該控制決策表，獲得輸出論域值U;及第二映射單元338，與查詢單元336及加權求和子模塊340相連，用於根據該輸出論域值U獲得映射控制量w。圖5為上述控制模塊130中加權求和子模塊340的組成示意圖。如圖5所示，該加權求和子模塊340主要包括比例單元342，與比較子模塊310相連，用於對偏差值e進行加權處理，獲得一比例控制量112;及疊加單元344，與模糊控制子模塊330及比例單元342相連，用於對該映射控制量Ul及該比例控制量112進行疊加，獲得該控制信號，以輸出給伺服模塊140。需要說明的是，該比例單元342僅對比較子模塊310所獲得的偏差值e進行了加權處理，疊加單元344直接對模糊控制子模塊330所獲得的映射控制量Ul進行了疊加，不同的實施情形下，比例單元342還可以對模糊控制子模塊330所獲得的映射控制量Ul進行加權處理(或者還有實施例對映射控制量^和偏差值e分別進行加權)，然後再進行求和處理，將獲得的結果作為該控制信號。圖6為上述模糊控制系統實施例100在應用時如何實現溫度控制的一方法流程示意。如圖6所示，該方法流程包括如下步驟步驟S610，採集熱風類乾燥機所輸出的熱風的實際溫度值，獲得包含該實際溫度值的溫度信號，並將該溫度信號根據需要轉換為反饋信號，該反饋信號比如是電壓信號或者電流信號，包含熱風類乾燥機所輸出的熱風的實際溫度值；步驟S620，接收含有一給定溫度值的一輸入信號，其中該給定溫度值是根據工藝要求而預設；步驟S630，對給定溫度值和實際溫度值進行比較，獲得給定溫度值和實際溫度值的偏差值e;步驟S640，對該偏差值e進行微分運算，獲得表示該偏差值變化速率的偏差值微分6Cj步驟S650，對偏差值e和偏差值微分ec模糊化處理，獲得兩個輸入信號；步驟S660，根據上述兩個輸入信號，查詢一根據崗位操作經驗而預設的控制決策表，獲得一輸出論域值U;步驟S670，根據輸出論域值U獲得一映射控制量^;步驟S680，對映射控制量Ul和偏差值e進行加權求和處理，將加權求和處理的結果作為一控制信號u;比如將映射控制量Ul和比例於偏差值e的比例控制量u2相加，獲得該控制信號u;及步驟S690，根據該控制信號u調節熱油、熱水或者水蒸氣閥門的開度大小，控制熱油、熱水或者水蒸氣流量，從而調節乾燥機的熱風溫度。其中，上述步驟S650對偏差值e和偏差值微分ec模糊化處理，獲得兩個輸入信號的步驟，具體實現過程可以是將偏差值e映射到根據模糊控制理論預設的偏差模糊子集，獲得一屬於該偏差模糊子集的偏差論域值E，將偏差值微分ec映射到根據模糊控制理論預設的偏差微分模糊子集，獲得一屬於該偏差微分模糊子集的偏差微分論域值EC，計算表達式如上述式1和式2所示。以下舉一例子對上述步驟S650至步驟S670進行說明。但需要注意的是，以下所舉例子僅是為了方便說明和便於理解，本發明並沒有限定具體實現方式。設定模糊控制溫度偏差值e的閾值為30，即其基本論域為[_30，30]，變化率即偏差值微分ec的基本論域為[-30，30]，u的基本論域為。選取該基本模糊控制器的輸入語言變量偏差論域值E、偏差微分論域值EC，及和輸出語言變量鼓風量論域值U的論域分別為E={-6，-5，-4，-3，-2，-1，-0，+0，1，2，3，4，5，6};8EC={-6，-5，-4，-3，-2，-l，O，1，2，3，4，5，6};U={-7，-6，-5，-4，-3，-2，-l，O，1，2，3，4，5，6，7}。則偏差值e的量化因子4^4,偏差值微分ec的量化因子*2=^=|,映射控制量^的比例因子^二，。選取語言變量E，EC和U的語言值分別為E={NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB};EC={NB，NM，NS，0，PS，PM，PB};U={NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。按正態分布函數確定NBPB各模糊子集的隸屬函數，建立用以說明個各語言值從屬於各自論域程度的表格，構成語言變量E、EC和U的賦值表，如下表1語言變量E賦值表tableseeoriginaldocumentpage9其中表中空白處的隸屬度均為零值；文中以後各表空白處如未有特殊說明，均為零值；表中E為語言值，X為偏差E的論域。表2語言變量EC賦值表tableseeoriginaldocumentpage10表3語言變量U賦值表tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11上述步驟S670根據輸出論域值U獲得一映射控制量Ul的步驟，具體實現過程可以如上述式3所示。本發明各種實施方式基於模糊控制思想，實現了對乾燥機熱風溫度的調節，提高了乾燥機的熱風溫度的控制效果，有效提高了對熱風溫度調節的可控性，使得溫度控制精度遠高於2%，對於熱風類乾燥機這種大遲滯系統，控制精度高，系統穩定，可應用於木材烘乾機、石膏板乾燥機等設備上。雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便於理解本發明而採用的實施方式，並非用以限定本發明。任何本發明所屬
技術領域：
內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護範圍，仍須以所附的權利要求書所界定的範圍為準。權利要求一種熱風類乾燥機的模糊控制系統，用以調節所述乾燥機的熱風溫度，包括反饋模塊及伺服模塊，其特徵在於，還包括控制模塊，與所述反饋模塊及伺服模塊相連，用於接收一給定溫度值，以及所述反饋模塊所採集的所述乾燥機所輸出的熱風的實際溫度值，對所述給定溫度值及實際溫度值進行比較獲得一偏差值，對所述偏差值進行微分獲得表示該偏差值變化速率的一偏差值微分，對所述偏差值及偏差值微分模糊化處理後，查詢一預設的控制決策表，獲得一映射控制量，將所述映射控制量作為一控制信號，並將所述控制信號發送給所述伺服模塊以調節所述乾燥機所輸出的熱風的溫度。2.如權利要求1所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，其特徵在於，所述控制模塊包括比較子模塊，用於接收所述給定溫度值及實際溫度值，並對所述給定溫度值及實際溫度值進行比較，獲得所述偏差值；微分子模塊，與所述比較子模塊相連，用於對所述偏差值進行微分運算，獲得所述偏差值微分；及模糊控制子模塊，與所述比較子模塊及微分子模塊相連，用於存儲根據模糊控制理論預設的一偏差模糊子集及一偏差微分模糊子集，以及預設的一控制決策表；用於將所述偏差值映射到所述偏差模糊子集，獲得一偏差論域值，以及將所述偏差值微分映射到所述偏差微分模糊子集，獲得一偏差微分論域值，根據所述偏差論域值及偏差微分論域值查詢所述控制決策表，獲得一輸出論域值，根據所述輸出論域值進獲得所述映射控制量。3.如權利要求2所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，其特徵在於，所述模糊控制子模塊包括存儲單元，用於存儲所述偏差模糊子集、偏差微分模糊子集及控制決策表；第一映射單元，與所述比較子模塊、微分子模塊及存儲單元相連，用於將所述偏差值映射到所述偏差模糊子集，獲得所述偏差論域值，將所述偏差值微分映射到所述偏差微分模糊子集，獲得所述偏差微分論域值；查詢單元，與所述存儲單元及第一映射單元相連，用於根據所述偏差論域值及偏差微分論域值查詢所述控制決策表，獲得所述輸出論域值；及第二映射單元，與所述查詢單元相連，用於根據所述輸出論域值獲得所述映射控制量。4.如權利要求1所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，其特徵在於所述控制模塊進一步對所述映射控制量及偏差值進行加權求和處理，將處理結果作為所述控制信號。5.如權利要求4所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，其特徵在於所述控制模塊將所述偏差值進行加權處理獲得一比例控制量，將所述映射控制量及比例控制量進行疊加，將疊加結果作為所述控制信號。6.如權利要求2所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，其特徵在於，所述控制模塊進一步包括加權求和子模塊，與所述比較子模塊及模糊控制子模塊相連，用於對所述偏差值及映射控制量進行加權求和處理，將處理結果作為所述控制信號。7.如權利要求6所述的熱風類乾燥機的模糊控制系統，其特徵在於，所述加權求和子模塊包括比例單元，與所述比較子模塊相連，用於對所述偏差值進行加權處理，獲得一比例控制量；及疊加單元，與所述模糊控制子模塊及比例單元相連，用於對所述映射控制量及比例控制量進行疊加，將疊加結果作為所述控制信號。全文摘要本發明公開了一種熱風類乾燥機的模糊控制系統，用以調節熱風類乾燥機的熱風溫度。該系統包括反饋模塊、伺服模塊及控制模塊，該控制模塊用於接收一給定溫度值，以及反饋模塊所採集的乾燥機所輸出的熱風的實際溫度值，對二值進行比較獲得一偏差值，對偏差值進行微分獲得一偏差值微分，對偏差值及偏差值微分模糊化處理後，查詢一預設的控制決策表，獲得一映射控制量，將映射控制量作為一控制信號發送給伺服模塊以調節乾燥機所輸出的熱風的溫度。本發明系統實現了熱風類乾燥機的熱風溫度的調節，可應用於木材烘乾機及石膏板乾燥機等設備上。文檔編號G05B13/02GK101782316SQ20091007709公開日2010年7月21日申請日期2009年1月20日優先權日2009年1月20日發明者候迎春,周建中,李瑞亭,楊震,白宏成申請人:北新集團建材股份有限公司