1配料系统概述

配料是饲料生产的关键工序, 其配料精度直接影响着饲料产品的质量, 由于落差 、 进料冲击、工艺参数 、 物料性质等的变化 ,使配料系统的模型具有非线性和时变性 [ 1] 。为提高系统对环境变化的适应能力 ,改善或消除落差等因素对精度的影响, 本文采用了自适应方法,以使系统能及时跟上外界环境的变化, 同时对落差进行预测和配料量的逼近控制,以改善配料精度 。配料系统的主要设备是给料器和配料秤。进料量通过给料器电机的开断来控制。此外 ,配料系统还包括对秤斗和混合机卸料门开关的联锁控制。

工作时,两台配料秤同时进料 ,计算机对两台秤进行分时监控。给料器采用螺旋式 ,计算机通过相应的控制软件 ,根据所编排的进料次序 ,顺序控制各物料所对应给料器电机的启停 。配料量的大小由配方计算决定。配方可由最优化方法算出 ,也可由人工计算后输入计算机。整个控制系统由控制器( 计算机) 、 重量检测装置和执行机构等部分组成 ,如图 2 所示。其中, 控制器是整个配料系统的核心, 它包括硬件及软件两部分。硬件由一台微型计算机( CPU80286) 、放大电路 、 接口电路等部分组成 。接口电路包括开关的输入输出电路及模拟量的输入输出电路 。而软件则是在硬件的基础上指挥整个配料系统有条不紊 、 准确无误地工作。

    配料系统的软件包括生产过程控制软件和生产管理软件两部分 。生产过程控制可对多仓数秤的配料混合工艺进行监控 。控制软件对温度 、非线性、 滞后等误差进行了补偿; 数据采集采用了滤波程序 , 以提高配料精度。生产管理软件由配方管理 、 料仓管理、报表管理、系统标定 、物料及营养管理、 参数设定等部分组成 ,它可配合生产过程控制程序进行配方的设计 、修改、 检索及打印, 进行料仓编排 、进料顺序设计 、 设置多仓进料 ,以及报表的检索、打印 、 配料秤的标定、物料及营养成分的计算等 。通过生产管理程序, 可以实现灵活多样、方便合理的控制形式 。

2控制算法

    由于给料器的开断控制设备简单、投资少，因此在饲料厂得到了广泛应用。本文采用了应用较广的开断控制方式。对于配料精度的控制，关键在于适时地断开给料器电机，使配料量尽量接近配料给定值。由于实际进料量与称重采样值之问有一差值（落差），因此，精度的控制又取次于对落差的估计。对于称重过程，有：

y₀ =ax

y=a (x －τ)         (1)

式中，x——配料时间

       τ——落差时间

        y₀——x时刻的实际进料量

        y——x时刻的称重采样值

        a——参数；与给料器的结构、转速、物料特性等因素有关。

因此，称重过程的数学模型可写成：

       y(k)=θ₁ +θ₂ x +θ₃ y(k－1)+ε(k)    (2)

式中，ε——残差

         θ_i ——待定系数；i=1,2,3;

          k=1,2,3,…, 为采样次数；

对m次采样，有：      Y =Xθ+ε

式中，θ=[θ₁ ,θ₂ ,θ₃]^T

令J=ε^Tl作为目标函数，采用最小二乘法，当J取极小值时，求得

θ=（X^TX）^-1X^TY

为使参数能尽快跟随系统，引入遗忘因子λ（λ< 1）,使

对于d步预测有：

       y(k +d )= θ₁ +θ₂ (k +d )T+θ₃ y( k+ d －1)

设|△|为配料允许误差的绝对值，y_d为配料给定值，喂料电机的状态为：

采用式    y _s ( k) =y( k) +∑E              ( 3)

对Tk+τ时刻的进料量进行预测。

式中 　 ∑E =e _d +e _j +E ; 　

 E —上一配料周期的预测偏差 ;

e _d —上一配料周期的配料偏差; 　

e _j —采样点的静态误差 。

令    P _k =y _d -y _s ( k +d)

P _{k +1} =y _d -y _s ( k +d +1)

则控制规则为

①IF  P _k > |Δ| 　 THEN Z =1;

    即如果进料量离配料给定仇距离大于允差，则给料电机保持开启状态；

②IF  P _k <0　 THEN Z =0;

    即如果进料量离配料给定恤距离小于0，则断开给料电机，停止进料；

③IF  0

_k < |Δ| 　 THEN

  IF P_k+1 >0 THEN Z=1;

      ELSE IF  |P_k+1|> |P_k|  THEN  Z=0；

     ELSE  Z=1

    上一规则表明，若进料量距终点距离小于0且小于允差，则再预测下次采样的进料量，若进料量仍大于0，则电机保持开启Z=I，若小于0，如果下一周期预测称重值离终点距离大于本次值，则断开电机Z=0，停止进料，否则Z=l。

3试验及结果

采用上述方法, 对配料精度进行十次试验( 用种猪饲料配料试验 。称重传感器等级:0. 02 ; 数模转换器采用AD574,12 位 。 

附表中, 给定值由配方给出 ; 实测值为实际配料量; 预测值由式( 3) 算出; 预测偏差 =预测值 － 实测值; 配料偏差 = 实测值 －给定值。

试验结果表明, 由于采用自适应方法, 对 kT +τ 及( k + 1) T +τ 时刻进料量进行了预测, 并通过逐步逼近控制配料量 , 因而系统对物性及环境变化的适应能力较强, 配料结果波动小,精度高 。

参 考 文 献

1　 Keviczky L, Hettessy J and Hilger M et al.Self-turning adaptive control of concent raw material blending. Automatica , 1978, 15: 693～ 694

2　 方康玲, 陆中华, 赦国法等. 微型计算机系统分析及设计. 北京: 科学出版社, 1992. 137～ 185

 

 

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