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1配料系統(tǒng)概述

配料是飼料生產(chǎn)的關(guān)鍵工序, 其配料精度直接影響著飼料產(chǎn)品的質(zhì)量, 由于落差 、 進(jìn)料沖擊、工藝參數(shù) 、 物料性質(zhì)等的變化 ,使配料系統(tǒng)的模型具有非線性和時(shí)變性 [ 1] 。為提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力 ,改善或消除落差等因素對(duì)精度的影響, 本文采用了自適應(yīng)方法,以使系統(tǒng)能及時(shí)跟上外界環(huán)境的變化, 同時(shí)對(duì)落差進(jìn)行預(yù)測(cè)和配料量的逼近控制,以改善配料精度 。配料系統(tǒng)的主要設(shè)備是給料器和配料秤。進(jìn)料量通過給料器電機(jī)的開斷來控制。此外 ,配料系統(tǒng)還包括對(duì)秤斗和混合機(jī)卸料門開關(guān)的聯(lián)鎖控制。

工作時(shí),兩臺(tái)配料秤同時(shí)進(jìn)料 ,計(jì)算機(jī)對(duì)兩臺(tái)秤進(jìn)行分時(shí)監(jiān)控。給料器采用螺旋式 ,計(jì)算機(jī)通過相應(yīng)的控制軟件 ,根據(jù)所編排的進(jìn)料次序 ,順序控制各物料所對(duì)應(yīng)給料器電機(jī)的啟停 。配料量的大小由配方計(jì)算決定。配方可由最優(yōu)化方法算出 ,也可由人工計(jì)算后輸入計(jì)算機(jī)。整個(gè)控制系統(tǒng)由控制器( 計(jì)算機(jī)) 、 重量檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成 ,如圖 2 所示。其中, 控制器是整個(gè)配料系統(tǒng)的核心, 它包括硬件及軟件兩部分。硬件由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)( CPU80286) 、放大電路 、 接口電路等部分組成 。接口電路包括開關(guān)的輸入輸出電路及模擬量的輸入輸出電路 。而軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上指揮整個(gè)配料系統(tǒng)有條不紊 、 準(zhǔn)確無誤地工作。

    配料系統(tǒng)的軟件包括生產(chǎn)過程控制軟件和生產(chǎn)管理軟件兩部分 。生產(chǎn)過程控制可對(duì)多倉(cāng)數(shù)秤的配料混合工藝進(jìn)行監(jiān)控 。控制軟件對(duì)溫度 、非線性、 滯后等誤差進(jìn)行了補(bǔ)償; 數(shù)據(jù)采集采用了濾波程序 , 以提高配料精度。生產(chǎn)管理軟件由配方管理 、 料倉(cāng)管理、報(bào)表管理、系統(tǒng)標(biāo)定 、物料及營(yíng)養(yǎng)管理、 參數(shù)設(shè)定等部分組成 ,它可配合生產(chǎn)過程控制程序進(jìn)行配方的設(shè)計(jì) 、修改、 檢索及打印, 進(jìn)行料倉(cāng)編排 、進(jìn)料順序設(shè)計(jì) 、 設(shè)置多倉(cāng)進(jìn)料 ,以及報(bào)表的檢索、打印 、 配料秤的標(biāo)定、物料及營(yíng)養(yǎng)成分的計(jì)算等 。通過生產(chǎn)管理程序, 可以實(shí)現(xiàn)靈活多樣、方便合理的控制形式 。

2控制算法

    由于給料器的開斷控制設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，因此在飼料廠得到了廣泛應(yīng)用。本文采用了應(yīng)用較廣的開斷控制方式。對(duì)于配料精度的控制，關(guān)鍵在于適時(shí)地?cái)嚅_給料器電機(jī)，使配料量盡量接近配料給定值。由于實(shí)際進(jìn)料量與稱重采樣值之問有一差值（落差），因此，精度的控制又取次于對(duì)落差的估計(jì)。對(duì)于稱重過程，有：

y₀ =ax

y=a (x －τ)         (1)

式中，x——配料時(shí)間

       τ——落差時(shí)間

        y₀——x時(shí)刻的實(shí)際進(jìn)料量

        y——x時(shí)刻的稱重采樣值

        a——參數(shù)；與給料器的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、物料特性等因素有關(guān)。

因此，稱重過程的數(shù)學(xué)模型可寫成：

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

式中，ε——殘差

         θ_i ——待定系數(shù)；i=1,2,3;

          k=1,2,3,…, 為采樣次數(shù)；

對(duì)m次采樣，有：      Y =Xθ+ε

式中，θ=[θ₁ ,θ₂ ,θ₃]^T

令J=ε^Tl作為目標(biāo)函數(shù)，采用最小二乘法，當(dāng)J取極小值時(shí)，求得

θ=（X^TX）^-1X^TY

為使參數(shù)能盡快跟隨系統(tǒng)，引入遺忘因子λ（λ< 1）,使

對(duì)于d步預(yù)測(cè)有：

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

設(shè)|△|為配料允許誤差的絕對(duì)值，y_d為配料給定值，喂料電機(jī)的狀態(tài)為：

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

對(duì)Tk+τ時(shí)刻的進(jìn)料量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

式中 　 ∑E =e _d +e _j +E ; 　

 E —上一配料周期的預(yù)測(cè)偏差 ;

e _d —上一配料周期的配料偏差; 　

e _j —采樣點(diǎn)的靜態(tài)誤差 。

令    P _k =y _d -y _s ( k +d)

P _{k +1} =y _d -y _s ( k +d +1)

則控制規(guī)則為

①IF  P _k > |Δ| 　 THEN Z =1;

    即如果進(jìn)料量離配料給定仇距離大于允差，則給料電機(jī)保持開啟狀態(tài)；

②IF  P _k <0　 THEN Z =0;

    即如果進(jìn)料量離配料給定恤距離小于0，則斷開給料電機(jī)，停止進(jìn)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

    上一規(guī)則表明，若進(jìn)料量距終點(diǎn)距離小于0且小于允差，則再預(yù)測(cè)下次采樣的進(jìn)料量，若進(jìn)料量仍大于0，則電機(jī)保持開啟Z=I，若小于0，如果下一周期預(yù)測(cè)稱重值離終點(diǎn)距離大于本次值，則斷開電機(jī)Z=0，停止進(jìn)料，否則Z=l。

3試驗(yàn)及結(jié)果

采用上述方法, 對(duì)配料精度進(jìn)行十次試驗(yàn)( 用種豬飼料配料試驗(yàn) 。稱重傳感器等級(jí):0. 02 ; 數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用AD574,12 位 。 

附表中, 給定值由配方給出 ; 實(shí)測(cè)值為實(shí)際配料量; 預(yù)測(cè)值由式( 3) 算出; 預(yù)測(cè)偏差 =預(yù)測(cè)值 － 實(shí)測(cè)值; 配料偏差 = 實(shí)測(cè)值 －給定值。

試驗(yàn)結(jié)果表明, 由于采用自適應(yīng)方法, 對(duì) kT +τ 及( k + 1) T +τ 時(shí)刻進(jìn)料量進(jìn)行了預(yù)測(cè), 并通過逐步逼近控制配料量 , 因而系統(tǒng)對(duì)物性及環(huán)境變化的適應(yīng)能力較強(qiáng), 配料結(jié)果波動(dòng)小,精度高 。

參 考 文 獻(xiàn)

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, 陸中華, 赦國(guó)法等. 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì). 北京: 科學(xué)出版社, 1992. 137～ 185

 

 

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