热熔染色焙烘机温度控制系统研究
发布时间：2020-09-14 20:55
焙烘机是热熔染色机的重要组成部分,织物经过预烘后进入焙烘机,在焙烘机内处于一定的高温状态下60到80秒,使某些化学品能够固着在织物纤维表面或内部。为满足染色织物工艺上的要求,焙烘机烘房内的循环空气温度需要设置在合理范围内且整个烘房温差尽可能小,本文以热熔染色焙烘机为研究对象,针对焙烘机烘房内温差大、温度不均匀的现象,从热风温度控制系统和风道入口速度控制系统两个方面进行研究。首先,在热风温度控制系统方面,对加热的空气温度进行分析,确定热风温度控制系统是非线性、大惯性、大时滞性且存在强干扰特性的复杂控制系统,对系统的阶跃响应曲线进行实验测定,求取系统的数学模型。提出了将模糊控制器、神经网络控制器与PID相结合构成模糊神经网络PID对焙烘机进行温度控制的方法,并建立了模糊神经网络PID控制器的网络模型。利用MATLAB进行仿真分析,通过将模糊神经网络PID与传统PID和模糊PID的两组仿真结果对比可知:该方法满足焙烘机温度控制系统的各项技术指标要求,且超调量接近零,系统无震荡,调节时间减小为500s,并且温度受外界扰动的影响很小,有良好的扰动补偿和抗干扰能力,系统鲁棒性有了很大提升,可以很好地满足控制焙烘机热风温度的目的。其次,在风道入口速度控制系统方面,介绍了焙烘机风道及其喷嘴的基本结构和作用,通过Fluent软件对风道内的流场进行数值模拟发现,风道结构不合理,导致热风从风道进入烘房后速度极不均匀,致使烘房内的热风温度不均匀。对风道的结构进行改进,并从三个方面对风道内的速度场进行分析优化,优化后的风道出口平均速度合理,速度波动范围小,且各喷嘴间速度差满足要求。利用优化后的风道进行入口速度控制,使热风进入烘房的速度和温度更加均匀,从而提高效率,减少能量损失。通过仿真验证,利用该风道进行分阶段速度控制效果良好。最后,对焙烘机温度控制系统的硬件和软件进行研究,设计了硬件的结构以及对硬件进行选型,同时对上位机和下位机的软件进行设计,由于组态王和MATLAB可通过OPC进行交互,所以将算法比较复杂的模糊神经网络PID控制模块在MATLAB中实现,利用组态王和PLC完成整个系统的控制。最后对热风温度控制系统进行试运行,控制效果良好。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS193.3
【部分图文】：
烘房的热风速度进行调整，使烘房内各部分的温度一致，可解决由此造成的温度逡逑不均匀问题［９］。所以，对焙烘机的热风温度控制方式和由风道进入烘房的热风速逡逑度的均匀性进行分析显得尤为重要。图１－２给出焙烘机温度控制系统功能图。逡逑焙烘机温度控制系统逡逑＿ｙ逦＇［＿逡逑￥气逦＾逡逑遐v!逦八口逡逑ｔｓ逦速度逡逑ＳＩ逡逑热４逦系统逡逑图１－２焙烘机温度控制系统功能图逡逑空气经过在燃烧室内加热，形成热风，通过火焰均分导流装置传入热风仓，逡逑进而传入上下风道，自风道的喷嘴喷与织物间。在此过程中，需要控制热风温度逡逑的稳定性和进入烘房后温度的均匀性，焙烘机温度控制系统包括热风温度控制系逡逑统和风道入口速度控制系统。其中，热风温度控制系统通过控制导热流量从而控逡逑制热风进入风道前温度的稳定性［１％风道入口速度控制系统通过研宄风道及喷嘴逡逑的结构并进行优化，选出合适风道进行速度控制，从而控制热风从风道进入烘房逡逑后温度的均匀性。逡逑在热风温度控制系统的设计过程中，需要研究热风进入风道前温度的稳定性。逡逑由于烘房内的热风温度受到其内湿度以及各种外界条件的影响，若将温度传感器逡逑置于烘房内进行温度控制
图２－１模糊控制原理图逡逑模糊控制依赖的是模糊规则，而不完全依赖纯粹的数学模型，模糊规则是操逡逑作者经过大量的实践经验总结出来的一套完整的数学规则。模糊控制的对象称为逡逑黑匣，即由于无法获得被控对象的内部结构及其机理，导致无法用语言描述其运逡逑动规律和建立精确的数学模型。逡逑模糊控制的优点［５２］如下：逡逑①不需要精确的数学模型，使用语言方便；逡逑②鲁棒性强，可用于解决过程控制中的强耦合时变、非线性以及滞后等问题；逡逑③较强的容错能力，可适应受控对象动力学特征变化、行动条件变化以及环逡逑境特征变化：逡逑④模糊控制规则的条件语句可以容易地加到过程的控制环节上，与此同时，逡逑操作人员可通过人的自然语言进行人机界面的联系。逡逑模糊控制的缺点如下：逡逑①信息简单的模糊处理将直接导致系统的控制精度降低和动态品质变坏；逡逑
糊推理、精确化处理等运算，并且不断对神经网络权值（自由参数）进行修正，逡逑以达到最理想的状态。模糊神经网络ＰＩＤ控制器就是将模糊神经网络与传统的逡逑ＰＩＤ控制器相结合，图２－３给出其系统结构图［５６］。逡逑模糊神经网络控逡逑＋邋制器逡逑ＡＫＰ邋ＡＫｊ邋ＡＫｎ逡逑逦逦逦ｕ逦ｙ逡逑Ｖ．邋逦１逦ＰＩＤ控制器一一？被控对象一Ｊ￣？逡逑Ｉ－邋ｄｅ／ｄｌ邋－Ｉ￣？！逦邋逦逡逑图２－３模糊神经网络ＰＩＤ系统结构逡逑首先，将系统的偏差ｅ和偏差变化率ｅｃ输入到模糊神经网络中，经过模糊逡逑化、模糊推理、反模糊化模块以及对自由参数的调整［５７］输出对应于ＰＩＤ控制器逡逑的三个最佳参数Ａ＾ｐ，Ａ／：，，邋Ａ＆，利用输出的最佳参数在线对N希兀琋辖绣义系髡Ｗ詈螅校桑目刂撇问饔糜诒豢囟韵蟮玫绞导适涑鲋怠ｅ义希玻矗蹦：刂破魃杓棋义夏：刂破魇悄：窬纾校桑目刂破鞯乃炒ス蹋：⒛：棋义侠怼⒎茨：ｅ义希ǎ保┠：义辖淙氡淞拷心：怀捎芯咛搴宓挠镅员淞恐怠Ｄ：刂破鞯氖溴义先氡淞坑辛礁觯睿逡约捌畋浠剩澹悖镅员淞恐笛∪∥案捍蟆保ǎ危拢案哄义希保冲义
本文编号：2818637
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS193.3
【部分图文】：
烘房的热风速度进行调整，使烘房内各部分的温度一致，可解决由此造成的温度逡逑不均匀问题［９］。所以，对焙烘机的热风温度控制方式和由风道进入烘房的热风速逡逑度的均匀性进行分析显得尤为重要。图１－２给出焙烘机温度控制系统功能图。逡逑焙烘机温度控制系统逡逑＿ｙ逦＇［＿逡逑￥气逦＾逡逑遐v!逦八口逡逑ｔｓ逦速度逡逑ＳＩ逡逑热４逦系统逡逑图１－２焙烘机温度控制系统功能图逡逑空气经过在燃烧室内加热，形成热风，通过火焰均分导流装置传入热风仓，逡逑进而传入上下风道，自风道的喷嘴喷与织物间。在此过程中，需要控制热风温度逡逑的稳定性和进入烘房后温度的均匀性，焙烘机温度控制系统包括热风温度控制系逡逑统和风道入口速度控制系统。其中，热风温度控制系统通过控制导热流量从而控逡逑制热风进入风道前温度的稳定性［１％风道入口速度控制系统通过研宄风道及喷嘴逡逑的结构并进行优化，选出合适风道进行速度控制，从而控制热风从风道进入烘房逡逑后温度的均匀性。逡逑在热风温度控制系统的设计过程中，需要研究热风进入风道前温度的稳定性。逡逑由于烘房内的热风温度受到其内湿度以及各种外界条件的影响，若将温度传感器逡逑置于烘房内进行温度控制
图２－１模糊控制原理图逡逑模糊控制依赖的是模糊规则，而不完全依赖纯粹的数学模型，模糊规则是操逡逑作者经过大量的实践经验总结出来的一套完整的数学规则。模糊控制的对象称为逡逑黑匣，即由于无法获得被控对象的内部结构及其机理，导致无法用语言描述其运逡逑动规律和建立精确的数学模型。逡逑模糊控制的优点［５２］如下：逡逑①不需要精确的数学模型，使用语言方便；逡逑②鲁棒性强，可用于解决过程控制中的强耦合时变、非线性以及滞后等问题；逡逑③较强的容错能力，可适应受控对象动力学特征变化、行动条件变化以及环逡逑境特征变化：逡逑④模糊控制规则的条件语句可以容易地加到过程的控制环节上，与此同时，逡逑操作人员可通过人的自然语言进行人机界面的联系。逡逑模糊控制的缺点如下：逡逑①信息简单的模糊处理将直接导致系统的控制精度降低和动态品质变坏；逡逑
糊推理、精确化处理等运算，并且不断对神经网络权值（自由参数）进行修正，逡逑以达到最理想的状态。模糊神经网络ＰＩＤ控制器就是将模糊神经网络与传统的逡逑ＰＩＤ控制器相结合，图２－３给出其系统结构图［５６］。逡逑模糊神经网络控逡逑＋邋制器逡逑ＡＫＰ邋ＡＫｊ邋ＡＫｎ逡逑逦逦逦ｕ逦ｙ逡逑Ｖ．邋逦１逦ＰＩＤ控制器一一？被控对象一Ｊ￣？逡逑Ｉ－邋ｄｅ／ｄｌ邋－Ｉ￣？！逦邋逦逡逑图２－３模糊神经网络ＰＩＤ系统结构逡逑首先，将系统的偏差ｅ和偏差变化率ｅｃ输入到模糊神经网络中，经过模糊逡逑化、模糊推理、反模糊化模块以及对自由参数的调整［５７］输出对应于ＰＩＤ控制器逡逑的三个最佳参数Ａ＾ｐ，Ａ／：，，邋Ａ＆，利用输出的最佳参数在线对N希兀琋辖绣义系髡Ｗ詈螅校桑目刂撇问饔糜诒豢囟韵蟮玫绞导适涑鲋怠ｅ义希玻矗蹦：刂破魃杓棋义夏：刂破魇悄：窬纾校桑目刂破鞯乃炒ス蹋：⒛：棋义侠怼⒎茨：ｅ义希ǎ保┠：义辖淙氡淞拷心：怀捎芯咛搴宓挠镅员淞恐怠Ｄ：刂破鞯氖溴义先氡淞坑辛礁觯睿逡约捌畋浠剩澹悖镅员淞恐笛∪∥案捍蟆保ǎ危拢案哄义希保冲义
本文编号：2818637
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