谷物干燥控制的研究与探索

分别进行研究讨论。
2传统控制策略首先是开环控制策略，其控制决策基于平衡运算，适合慢速动态过程，如历时几个星期甚至几个月研究法和试探法。作业研宄法是基于数学建模技术生成控制决策，比较有代性的研究有35601和63打于1967年通过动态规划法为连续式谷物千澡机开发的套热风配置策略1等于1983年在低温谷物干燥设施的优化中使用的个改进关键路径算法，以及犯1和，808于1986年在固定床水稻干燥仿真中应用回归方程预测水稻平衡含水率。而试探法是基于经验生成控制决策，例如贾让6等于1979年给出的用于谷仓内谷物千燥控制策略，站出31和0免于1983年对其进行了评价，指出该策略比高温千燥可节能53还可避免干燥过度，但对环境和气候条件变化的适应性很差。上述开环策略由于不对偏差进行校正，因此控制精度很低，并且较多依赖于人的操作经验，效率低劳动强度大对环境变化敏感，不适合自动控制。
其次是闭环控制策略，主要包括古典反馈控制线性次优化控制参数自适应控制分布参数控制和模型预测控制。现分述如下。
2.1古典反馈控制年设计的基于模型的干燥机控制器，以及巧1于1986年对带逆流冷却床的顺流千燥机控制所进行的研究，控制器采用的均是比例积分，1反馈。
触3姐付于1985年进行的验证性试验明，控制由于干燥过程的非线性动态特性稳定性和响应时间等均难以满足要求，试验结果在某些千燥条件下甚至可以观察到干燥过度或干燥不足现象。F0rbes等于1984年用仿真方法对基于指数函数衰变模型的反馈控制器和，10反馈控制器及超前滞后前馈控制器进行了比较，结果是由于前馈控制能够补偿谷物初始含水率的变化，并校正大滞后，所以基于前馈模型的控制器比其余两个现更好。出83和831人土613于1987年将前馈反馈控制策略应用于横流谷物干燥机，现场试验明出口处谷物的含水率可被控制到设定点的5以内。义。，Farla等于1991年将前馈加反馈算法应用于混流谷物千燥机控制，仿真结果明，谷物含水率输出误差峰值比仅有反馈环节减小了半，并且干燥介质温度阶跃对谷物输出含水率的影响也变小了。
2.2线性次优化控制线性次优化控制即状态方程是线性的，而目标泛函是状态变量与控制变量的次型，该情形下求动态系统优控制的解很容易。主要包括H0ltmm和23等于1969年应用该技术对连续式横流谷物干燥机控制进行的研究，以及人和触，坊于1973年生成的适合性动态系统的使次型目标函数小的控制规则。虽然当时用于线性优化控制设计的各种软件包都已商业化例如Integrated和SystemS股份有限公司的MATRIXx，但由于建立目标函数需考虑多种复杂因素的影响，选择性能指标需掌握关于过程和不同条件下干燥行为的知识，这些困难使得该方案难以实施。
2.3参数自适应控制自动调整控制器设置以适应被控过程或其环境改变。自适应控制方法导出对于过程参数变化和非线性具有鲁棒性的控制规则，在处理类似谷物干燥的时变系统较之线性次优化理论显得更加优越。
增益调度法模型参考控制和自校正控制是自适应普遍采用的方案。出发点是个普遍反馈控制回路加个变化或不确定过程及个具有可调参数方便途径，对过程和干扰作出动态响应，各种方案的区别仅在于控制器参数改变的方式不同。
增益调度法虽然常被视为自适应控制系统，但因为控制器参数以开环模式被改变，所以实际上是个简单的非线性补偿。36等于1986年指出，设计耗时且如果过程包含大滞后，则标准的增益调度法可能比传统的，0控制还糟，除非采用某些时延补偿，延时补偿的优点是能够迅速改变参数以响应过程变化，但受测量过程响应的限制。
描述被控对象的动态或理想动态，控制方式是被控过程输出与参考模型输出进行比较，并按偏差进行控制。
关键问是确定获得稳定系统导致误差为零的系统单的从误差到控制器参数的线性反馈来解决，因此该途径在过程控制行业的实践应用当时并不广泛。
自校正控制31的总体设计方案是在线估计未知模型参数，然后基于当前估计的参数对控制器设定进行调整。70年代以来，自校正控制受到比其他任何自适应控制束略更多的关注。31和只686于1985年把自校正技术应用到横流谷物干燥机控制。干燥机排气温度被用作输出变量，谷物排粮速率用作被控变量，并选择自动回归移动平均人8，人模型现横流干燥机的动态特性。在实验室横流谷物千燥机上进行了验证性试验，模型阶数n设为2，选择采样间隔为0，是干燥机的干燥区高度，经过大约30个采样校正期后获得控制。控制误差的标准差在后50个样本期间是0.13丈。
2.4分布参数控制线性优化控制和参数自适应控制应用的均是集中参数测量模型，通常由套常微分方程组成。出于对干燥机理描述的兴趣，Waananen等于1987年，BakkerArkema于1984年，Luikov于1975年先后采用偏微分方程，0来描述干燥过程，其中的是1提出的由个偏微分耦合方程组成的干燥过程模型。
为了实现对过程的控制，分布参数控制要求控制系统测量装置遍布整个干燥分布区域，而不仅仅是只测入口或出口处，以便及早发现干燥过度或干燥不足，及早米取恰当的控制调节措施，从而提产品质量。
由于在当时的条件下，进行模型参数识别无论是对理论家还是实践工程师都挑战性，所以该模型的完全形式该时期未能广泛应用。
2.5模型预测控制出席1999年正1年会提交的论文提出了种新的干燥机含水率控制策略，它由模型预测控制算法和近年来迅速发展的分布参数过程模型组成，对于控制非线性和静态时域过程非常有效。仿真测试在台2；210塔式横流谷物干燥机上进行，利用131界建立了基于，0偏微分方程模型的控制器能够成功运作，并实现出口处玉米含水率控制在设定点的0.7，上。以内。并且控制器对进入干燥机度的大阶跃变化都能进行良好补偿。
模型参考自适应系统，中有个参考模型，3智能控制策略智能控制的核心是控制决策，模拟人的智能采用灵活机动的决策方式迫使控制朝着期望的目标逼近，尤其适合处理难以建立数学模型的复杂非线性动态时域过程。
3.1监控和专家控制监控策略是开环与闭环控制策略的种组合，它由两层组成下层由个或个以上控制局部变量的闭环从属控制器组成；上层为监控层，监控管理每个从属控制器的状况，般以改变从属控制器1987年朽时仙等人把模糊专家控制策略应用于谷物干燥过程并进行了仿真。控制系统结构即是层次型的，监控层以模糊专家系统充当主控器，用模糊逻辑算法判决；辅助控制器是简单逻辑控制器。专家控制存在的主要问是需要寻求适合控制系统结构的合适数学模型用于过程仿真；是需要对谷物质量数学特性展开深入完整的探索，利用试验数据和经验规则生成谷物质量知识库，开发专家控制系统，是还需进步寻求整个干燥过程条件的优化。
3.2神经网络用于干燥机控制谷物干燥机的结构虽然比较简单，但干燥过程是非线性时变和多变量的，由于各种不确定因素影响，难于建立数学模型。虽然自适应自校正控制理论可以对缺乏数学模型的被控制对象进行识别，但这种递推算法复杂，实时性差，对谷物干燥机出粮水分的控制难以取得较好的控制效果。
20世纪90年代以来，神经网络的研究势头迅猛，国内方建军曹崇文于1997年利用神经网络对谷物干燥过程建模叭其间综合比较了种神经网络建模形式基于8算法的网络具有训练时间长，且经常发生不收敛的缺点；采用径向基函数近似干燥过程虽然可大大提高收敛速度，并使网络能够收敛于全局小值，但其中心坐标确定较困难；将入与经典数学模型结合进行混合建模，131如131触016，经1.21血3等人的研究验证，在处理带噪声和稀少数据时更为准确。
3.3模糊控制乙1等于1994年针对连续式横流谷物干燥机进行了模糊控制的研宄，通过调整加热器的功率和卸粮搅龙的转速来控制干燥机的操作，验证试验控制成功率达86.42.
1996年李俊明等提出种自组织模糊控制器的设计与组成原理3，用于玉米热风筒式横流干燥生产过程。李业德李业刚于2001年7月设计了种以89，51单片机为核心的模糊智能控制器，在顺流式烘干机上通过对小麦的在线烘干试验，证明该系统响应时间短超调量小控制精度高，但入口谷物水分波动会对干燥过程产生影响4.
模糊控制的主要缺陷是如果处理的信息简单可能导致系统控制精度的降低和动态品质变差，而要提高精度则必须增加量化级数，势必导致决策速度降低，从而不利于实时控制；控制系统设计中规则论域和量化因子等的选择多采用试凑法，因而在谷物干燥4展望从上述分析可知，由于谷物千燥过程难于建模，所以智能控制策略必将逐步取代传统控制策略。但如果仅单采用某种智能控制技术则其优势难以充分发挥。因此，笔者提出将模糊逻辑和神经网络遗传算法结合起来，方面利用模糊规则对人工神经网络的结构和参数训练进行指导，另方面利用神经网络的自学习自适应能力来确定模糊规则中优的特点来训练神经网络，弥补8算法基于梯度寻优易陷入局部优的缺点，从而构成种将模糊控制神经网络遗传算法者相结合的控制器，使上述种智能控制策略优势互补。
5小结粮食干燥降水是粮食生产中重要的环节。谷物干燥控制系统的研究对于实现干燥自动化，节能降耗尤其重要，今后的发展方向将是综合运用多种智能控制途径，结合千燥机理不断提高谷物干燥的生产率和质量，并降低能耗，减少污染。
方建军，曹崇文。利用人工神经网络建立谷物干燥模型叨。
中国农业大学学报，1997，263538.
李俊明等，玉米干燥过程的模糊控制几农机与食品机械，1996，41012.
李业德，李业刚。顺流式谷物烘干机的模糊控制系统1.农业来稿日期2003年3月18曰马蓉讲师石河子大学机械电气工程学院832003新疆石河子市张丽讲师石河子大学机械电气工程学院