连续式玉米干燥机水分预测控制模型的建立与应用

发布时间：2020-09-22 12:52

　　粮食干燥是粮食产后保质减损的有效手段,它可以大幅度缩短粮食收获后由高水分降至安全水分所需要的时间,有效避免了因粮食高水分暂储期过长而导致的粮食霉变损失;另外,我国东北地区是玉米、水稻的重要产区,由于该地区的粮食收获期处于寒冷的秋冬季,依靠自然晾晒已经无法实现粮食的干燥降水,机械干燥已经成为必不可少的手段。目前,国内的粮食干燥机械的自动化水平仍然较低,虽然已经实现了粮食水分的在线检测,并已经应用到粮食干燥机械的控制系统中,但是,仍然存在较多的问题,一方面,粮食水分在线检测易受环境和粮食自身温度的影响,检测精度和稳定度仍然有待提高。另一方面,由于粮食机械化干燥是一个大滞后的过程,通过粮食水分在线检测仪检测干燥机出口处的粮食水分并做出控制判断仍然无法解决大滞后问题。以数学模型为核心的控制系统是智能控制系统的一个重要分支,由于数学模型具有较好的预测性,非常适合具有大滞后特性的过程控制,因此,通过建立干燥机的相关数学模型可以较好的解决大滞后问题,提高干燥机控制系统的控制精度。针对目前粮食干燥控制存在的问题,并考虑到数学模型的优良特性,本文以连续式玉米干燥机干燥过程为研究对象,旨在建立连续式玉米干燥机水分预测控制模型,一方面,将农学上的积温理论引用到玉米干燥过程,建立了连续式玉米干燥机干燥过程的等效积温模型,通过等效积温模型实现玉米干燥水分的粗调;另一方面,以玉米薄层干燥为出发点,在改进玉米薄层干燥模型的基础上,建立了连续式玉米干燥机水分预测模型,通过水分预测模型实现玉米干燥水分的精调。本文主要进行了以下几个方面的研究工作:(1)针对目前薄层干燥普遍存在忽视热风相对湿度对干燥过程影响的问题,全面分析了玉米薄层干燥的影响因素,选择热风温度、热风相对湿度、玉米初始水分(w.b.)、热风流速、缓苏比等5个因素作为试验变量,利用多元二次正交旋转组合试验设计方法设计了试验方案并进行了试验,以决定系数R~2、卡方检验值χ~2、均方根误差RMSE为评价准则,利用薄层干燥试验数据对14个常用的薄层干燥方程进行了对比选优,并最终选取WeibullⅠ方程作为薄层干燥方程;对WeibullⅠ方程的4个干燥系数进行了多元二次回归分析,得到了各干燥常数关于热风温度、热风相对湿度、玉米初始水分(w.b.)、热风流速、缓苏比的回归模型,结果表明模型的显著性比较高;做了三组验证性试验,结果表明WeibullⅠ方程对玉米薄层干燥降水曲线的拟合效果较好,满足实际应用的精度要求;(2)根据农学上的积温理论,提出适合粮食干燥的积温概念,在分析玉米薄层干燥过程的基础上,建立了玉米干燥理论积温模型,利用积温模型建立起了积温图表,该图表主要用于人工查阅,在实际干燥过程中,可以快速的确定玉米完成干燥过程所需的积温值,为干燥控制系统初始参数的设定提供依据;(3)对常见的粮食干燥形式进行了分析,以顺流深床干燥为研究对象,建立了玉米顺流深床干燥的降水模型,并利用MATLAB对其进行了仿真分析;(4)在对连续式玉米干燥机内部结构和干燥工艺分析的基础上,建立了连续式玉米干燥机的干燥降水模型和等效积温模型,其中,等效积温模型可以用于出机玉米水分的粗调,干燥降水模型则用于出机玉米水分的精调,为控制系统的建立提供了模型支持;(5)进行连续式玉米干燥机玉米干燥试验,试验结果表明以等效积温模型和干燥降水模型为核心的控制系统可以对玉米出机水分实现较好的控制,水分误差在±0.5%以内达到了81.9%,控制精度得到了较大的提高。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S226.6
【部分图文】：

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第 2 章玉米薄层干燥试验及数学模型的建立，如果湿度传感器检测到空气的相对湿度低于设定值 2%，上位并驱动空气加湿器 9 进行加湿操作，如果湿度传感器检测到空气 2%，上位机会发送指令给 PLC 并驱动排湿风扇 7 进行排湿操湿度的稳定，其控制系统界面如图 2.5 所示。器设备包括：9125A 型电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）；02CN 通用型电子天平（奥豪斯仪器（上海）有限公司，精度 0. 微型植物试样粉碎机（北京市永光明医疗仪器有限公司）；188-A 粮食水分测量仪（上海青浦绿洲检测仪器有限公司）；

实物,试验台

薄层干燥试验台实物图

实物,物料

物料盘实物图

【参考文献】