本文關鍵詞：基于質(zhì)流法的谷物連續(xù)干燥模型和系統(tǒng)的研究

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【摘要】：干燥是谷物收獲后重要的加工環(huán)節(jié),對谷物的品質(zhì)有著很大的影響。通過智能化測控技術合理配置干燥的工藝和參數(shù)是保持和提高谷物品質(zhì)的重要手段。本研究針對目前谷物連續(xù)干燥過程中存在的水分在線檢測精度不高、穩(wěn)定性不好,過程控制滯后性大等問題,通過對質(zhì)量流量的精確在線測量和智能過程預測模型控制相結合的方法,提出了水分在線檢測和控制的模型、算法及系統(tǒng),取得了較好的檢測精度和穩(wěn)定性。研究依托糧食公益性行業(yè)科研專項“糧食干燥控速模型及智能系統(tǒng)的研究”項目(編號:201313001-07)。主要內(nèi)容如下:(1)提出了基于質(zhì)流法的谷物干燥過程水分檢測新方法及模型通過合理調(diào)控間歇進、排糧的空占比,實現(xiàn)了谷物連續(xù)干燥過程質(zhì)量和流量的動態(tài)精確在線測量,結合構建糧食干燥過程預測模型和算法(MPC),提出了質(zhì)容平均水分模型預測、質(zhì)流線性等比、質(zhì)流非線性模型滾動預測3種水分在線檢測新方法及模型。質(zhì)容平均水分模型預測法是通過實時檢測糧食干燥過程中總重量和糧食高度,利用水分與容重關系模型,預測干燥機內(nèi)糧食的平均水分。針對該模型存在的機內(nèi)谷物高度和體積測量偏差會導致預測水分偏差以及不能直接獲得連續(xù)干燥過程中出口水分而只能由平均水分進行推算,易出現(xiàn)偏差等問題,提出了質(zhì)流線性等比模型和方法與質(zhì)流非線性模型滾動預測模型和方法。質(zhì)流線性等比法與質(zhì)流非線性模型滾動預測法是通過自動控制糧食干燥機的進、排糧裝置,實現(xiàn)進、排糧質(zhì)量檢測的交替進行,對進料流量、出料流量以及機內(nèi)糧食總量的在線滾動監(jiān)測,實現(xiàn)對出口水分和機內(nèi)糧食平均水分的連續(xù)檢測。(2)提出了基于質(zhì)流法的谷物干燥過程智能控制方法及模型針對谷物干燥過程多變量和大滯后的特點,通過建立谷物干燥的正、逆過程預測模型、模型參數(shù)優(yōu)化方法,提出了以多參數(shù)數(shù)據(jù)融合和預測為基礎的質(zhì)容平均水分模型滾動預測、質(zhì)流線性等比、質(zhì)流非線性模型滾動等3種連續(xù)干燥過程智能控制方法。質(zhì)容平均水分模型滾動預測法采用干燥過程控制、干燥逆過程控制、干燥過程參數(shù)優(yōu)化以及反饋控制相結合的控制模式,通過逆過程模型優(yōu)化排糧轉(zhuǎn)速,并由出機谷物水分與目標谷物水分之間的差值校正模型參數(shù),針對該預測模型直接預測連續(xù)干燥過程干燥機內(nèi)平均水分而非出口水分控制,出口水分需通過過程模型預測,預測誤差會導致控制偏差等缺點,提出了質(zhì)流線性等比模型和方法與質(zhì)流非線性模型滾動預測模型和方法。質(zhì)流線性等比法和質(zhì)流非線性模型滾動預測法通過比較出機谷物水分與目標水分調(diào)整進、排糧間歇時間,即谷物在干燥機中的駐留時間。(3)模擬分析了基于質(zhì)流法的連續(xù)谷物干燥測控過程對基于質(zhì)流法的連續(xù)谷物干燥過程進行了模擬與分析,模擬分析了質(zhì)流法谷物水分檢測計算誤差、開環(huán)參數(shù)變化的滯后響應、基于空占比調(diào)節(jié)的的閉環(huán)谷物自動控制過程。(4)研究開發(fā)了谷物連續(xù)干燥過程自動精準測控系統(tǒng)。結合質(zhì)容平均水分模型預測法、質(zhì)流線性等比法、質(zhì)流非線性模型預測法設計并開發(fā)了谷物連續(xù)干燥過程自動精準測控系統(tǒng)。通過對測控系統(tǒng)功能的分析,確定了測控系統(tǒng)的整體設計方案;設計或改進設計了谷物連續(xù)干燥過程的控制系統(tǒng)硬件;運用虛擬儀器技術開發(fā)了控制系統(tǒng)的軟件,對軟件部分的數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)處理功能、數(shù)據(jù)存儲功能、控制功能等模塊進行了分析。對整個連續(xù)干燥過程測控系統(tǒng)的作業(yè)情況進行了試驗研究。試驗過程中,通過安裝在干燥機底部稱重傳感器得到實時進、排糧質(zhì)量,并通過質(zhì)流線性等比法獲得“千入、千出”計算排糧水分,并與gb/t5497-1985《糧食、油料檢驗水分測定法》中的測定水分進行對比。試驗結果表明,在干燥過程中采用“千入、千出”計算排糧水分,采用3-西格瑪誤差分析方法,計算得出連續(xù)干燥過程進入穩(wěn)定狀態(tài)后“千入、千出”計算排糧水分與國標法測定水分是偏差為-0.522%~0.281%。通過連續(xù)干燥自動控制系統(tǒng)自動控制干燥過程中谷物在干燥機中的駐留時間,控制干燥機出口谷物水分。試驗過程中測定平均單位耗熱量為4850.06kj/kg,對比gb/t16714-2007《連續(xù)式糧食干燥機》中對干燥玉米單位能耗量要求小于8000kj/kg,節(jié)能效果達到39.37%,滿足實際生產(chǎn)應用的要求。通過論文工作,發(fā)表sci論文2篇,申請發(fā)明專利5項(5項獲得授權),申請實用新型專利4項獲得授權。本文第2、3章技術方法體現(xiàn)在發(fā)明專利zl201510741411.0中;第5章技術方法體現(xiàn)在發(fā)明專利zl201610522631.9中。與企業(yè)合作,2項產(chǎn)品獲得第三權威機構產(chǎn)品鑒定。在完成本論文的同時,參與研究了糧食在線水分儀智能算法和循環(huán)干燥測控技術的研究,由于篇幅和研究主題的限制,相關內(nèi)容以附錄的形式放在文后。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S226.6

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1 劉哲;基于質(zhì)流法的谷物連續(xù)干燥模型和系統(tǒng)的研究[D];吉林大學;2017年

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本文編號：1289203