基于滑模控制的食品隧道炉温控系统的研究与应用

发布时间：2020-11-09 09:33

　　 近年来,食品企业不断发展,企业面临的竞争压力不断增加,为增强企业竞争力,需要提高隧道炉的生产效率与质量。传统隧道炉温度控制系统使用PID控制,但是该方法升温速度慢,超调量大,影响产品质量,因此,有必要对隧道炉进行改造与优化。本文针对隧道炉温度控制系统进行深入的研究与分析,利用滑模控制不受外界干扰的优点,将滑模控制与隧道炉温度控制系统相结合,提高了系统的抗干扰能力和工作效率。首先,本文首先介绍了隧道炉温度控制系统的结构组成,通过对隧道炉各个部分的研究,根据隧道炉功能的不同,将硬件部分分为燃烧系统、循环加热系统、传送系统、排湿系统以及软件部分的控制系统。进一步介绍了隧道炉的工作原理,结合实际生产过程及隧道炉的运行模式,找出了隧道炉在工作过程中出现的问题。同时,针对各个问题与控制目标提出了解决方法。通过对隧道炉中部分器件进行改进,在燃烧机与燃烧室之间加装电机,在隧道炉内部加装传感器,优化隧道炉的信息采集系统。针对增加的设备,配置相应的I/O点。以上位机为平台,组态的监控界面为控制平台,从而监控隧道炉内部运行状态。进一步,研究了隧道炉内部各系统的热量转化的方式。通过对流量转化的分析,根据现场实际测量的数据,计算出燃烧机提供的热量、产品消耗的热量与隧道炉消耗的热量,从而得到了隧道炉的热效率。进而,分析了出隧道炉内部对于热量损耗的原因,提出了改进方案,根据隧道炉的热量转化情况,参考双容温度滑模控制系统中的锅炉模型,对双容温度模型进行优化,进而得到了隧道炉温度控制系统的数学模型。本文采用了滑模控制对隧道炉温度控制系统进行控制。滑模控制与其他控制不同之处在于,滑模控制的结构并不固定,它可以在动态过程中,根据系统的当前状态,对结构进行不断的变化,以适应系统状态,保证系统按照预定的滑动模态的状态轨迹运动。由于外界干扰对滑动模态没有影响,使得滑模控制具有响应速度快、抗干扰能力强和利于实现等优点。针对带有干扰的非线性系统进行了稳定性分析,验证了滑模控制的抗干扰能力。通过分析可以知道,带有干扰的非线性系统可以在有限时间内达到滑模面,并且系统是稳定的。从而,为滑模控制在隧道炉系统在中的应用奠定了理论基础。针对构建的隧道炉系统,确定了控制器的结构,设计了滑模控制器,根据现场实际数据,计算了滑模控制器中的各个参数。通过对系统仿真分别得到了滑模控制与PID控制在165℃与175℃时对隧道炉系统的控制效果。验证了滑模控制在隧道炉温度控制系统中应用的可行性。
【学位单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS203;TP273
【部分图文】：

第 2 章 隧道炉结构及其改造 隧道炉结构1 隧道炉硬件结构隧道炉由隧道窑炉、燃烧机、加热部件、温度传感器、循环风扇、排湿风扇、可器和传送带等部分组成。在饼干生产过程中主要分为四个阶段，各阶段对温度有求，分别对应着饼干的胀发、定型、脱水和上色[10]。隧道窑炉被分为四个温区，长 15m，全长 60m，每个温区都有一个燃烧室，为隧道炉提供热量。将隧道炉内据功能不同进行划分，隧道炉温控系统主要是由燃烧系统、热风循环系统、传送湿系统四个分系统组成，另外还有负责采集现场数据、监控设备运行情况和控制行的温度控制系统。图 2.1 是以一段温区为基础的结构图，隧道炉实物图如图

图 2.2 隧道炉实物图统燃烧室组成的燃烧系统为隧道炉提供热量。燃烧机启动后进入燃烧室，在燃烧室内充分燃烧，经过燃烧室内 S 形的过鼓风机的抽取，将热量打入烘烤管道[11]。由表 2.1 可以 或 0-10V 的模拟信号控制，比例调节燃烧机 42kw 至 110表 2.1 燃烧机参数型号发热量(kw)控制方式 控制信号 电最小 最大S10/M 42 110 比例调节模拟量控制0-10V 或4-20mA1p2250有对燃烧机的发热量进行控制，只是将燃烧机的发热量固

烧室组成的燃烧系统为隧道炉提供热量。燃烧机启动入燃烧室，在燃烧室内充分燃烧，经过燃烧室内 S 形鼓风机的抽取，将热量打入烘烤管道[11]。由表 2.1 可 0-10V 的模拟信号控制，比例调节燃烧机 42kw 至 11表 2.1 燃烧机参数号发热量(kw)控制方式 控制信号 最小 最大10/M 42 110 比例调节模拟量控制0-10V 或4-20mA5对燃烧机的发热量进行控制，只是将燃烧机的发热量制。这就导致燃烧机对隧道炉内温度的控制存在很大2.3 所示。
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本文编号：2876221