基于模糊控制的糧食烘干控制系統(tǒng)研究

陳洪軍，高國麗

（1.吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，吉林 吉林 132002；2.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，吉林 吉林 132002）

基于模糊控制的糧食烘干控制系統(tǒng)研究

陳洪軍1，高國麗2

（1.吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，吉林 吉林 132002；2.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，吉林 吉林 132002）

糧食烘干中熱風(fēng)烘干機(jī)使用廣泛，通常塔式熱風(fēng)烘干機(jī)為PID控制算法，對(duì)于不同的糧食需要調(diào)節(jié)的控制參數(shù)不一樣，超調(diào)量很難控制且整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算和調(diào)節(jié)的工作量非常巨大。模糊控制具有很強(qiáng)的魯棒性和控制穩(wěn)定性，能較為方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)不同對(duì)象的控制，模糊推理機(jī)的塔式熱風(fēng)糧食烘干機(jī)系統(tǒng)的模糊控制算法，使其滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中的需要。

糧食烘干；熱風(fēng)塔式烘干機(jī)；模糊控制算法

1 熱風(fēng)塔式玉米烘干機(jī)

（1）烘干原理。塔式烘干機(jī)，利用熱風(fēng)對(duì)流的形式進(jìn)行烘干。在預(yù)熱段，糧食受熱升溫，糧食含水率變化小，干燥速度加快；烘干段，在混流熱風(fēng)的作用下，糧食內(nèi)部水分以氣態(tài)或液態(tài)形式沿毛細(xì)管轉(zhuǎn)移到糧食表面，再由表面蒸發(fā)到干燥介質(zhì)中去；緩蘇段，主要起平衡糧食內(nèi)外溫濕，消除水分梯度，使糧粒內(nèi)部水分逐漸外移；冷卻段，將糧食溫度降到安全溫度不高于環(huán)境溫度。

（2）結(jié)構(gòu)。塔式烘干機(jī)由儲(chǔ)糧段、預(yù)熱段、烘干段、緩蘇段、冷卻段、排糧段、機(jī)架組成，配套部分包括熱風(fēng)爐、提升機(jī)、相關(guān)風(fēng)網(wǎng)等。預(yù)熱段、烘干段和冷卻段內(nèi)裝置有角狀盒，呈交替狀并排排列。

（3）工藝流程。糧食由提升機(jī)提升進(jìn)入儲(chǔ)糧段，再經(jīng)預(yù)熱段升溫、預(yù)熱、烘干、緩蘇，再烘干、緩蘇的烘干降水過程后，然后對(duì)糧食進(jìn)行冷卻降溫，最后進(jìn)入排糧段將糧食排出。預(yù)熱段熱風(fēng)來源于第二烘干段及冷卻段的熱風(fēng)循環(huán)。烘干段與冷卻段分別由熱風(fēng)風(fēng)機(jī)與冷風(fēng)風(fēng)機(jī)打入熱風(fēng)與冷風(fēng)。溢流的糧食從儲(chǔ)糧段的溢流口經(jīng)回流管回流到提升機(jī)。在整個(gè)烘干過程中，糧食自上而下均勻流動(dòng)，熱風(fēng)對(duì)流穿透糧層，完成熱交換后經(jīng)排風(fēng)口排出。

2 模糊控制系統(tǒng)

模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是一種從行為上模仿人的模糊推理和決策過程智能控制方法。將操作人員或?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)歸結(jié)為模糊控制規(guī)則，然后把傳感器信號(hào)模糊化，并用此模糊輸入去適配控制規(guī)則，完成模糊邏輯推理，最后將模糊輸出量進(jìn)行清晰化處理，變?yōu)槟M量或數(shù)字量后送給執(zhí)行器去控制被控對(duì)象。模糊控制由三個(gè)步驟組成，即模糊化、模糊推理、清晰化。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。模糊控制器設(shè)計(jì)包括以下6點(diǎn)內(nèi)容：①模糊控制器的結(jié)構(gòu)選擇與參數(shù)化；②模糊規(guī)則的選取；③知識(shí)庫的建立；④確定模糊化和解模糊的方法；⑤模糊推理算子的選擇；⑥控制性能的調(diào)整與完善。

圖1 模糊控制原理圖

3 玉米烘干過程的模糊控制算法實(shí)現(xiàn)

玉米烘干過程的目標(biāo)是使玉米的水分降低到目標(biāo)水平，主要是通過控制熱風(fēng)烘干塔來實(shí)現(xiàn)。其主要控制量是熱風(fēng)溫度和送風(fēng)量。為了提高溫度控制的精度，設(shè)計(jì)了雙輸入雙輸出模糊控制器，將溫度檢測(cè)部分得到溫度偏差e和偏差變化率△e作為模糊控制器的輸入信號(hào)，輸出量用來控制固態(tài)繼電器，控制加熱器的加熱時(shí)間與送風(fēng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。

（1）溫度偏差的模糊化。溫度偏差是指實(shí)測(cè)被控對(duì)象的溫度減去設(shè)定溫度值的差。將溫度控制范圍分為模糊控制區(qū)和確定控制區(qū)，以溫度設(shè)定值的±0.5℃為界。溫度在設(shè)定值

得±0.5℃為界。溫度在設(shè)定值得±0.5℃以內(nèi)為模糊控制區(qū)，以外為確定控制區(qū)。溫度值比設(shè)定值小0.5℃，則系統(tǒng)滿功率加熱，風(fēng)機(jī)滿功率送風(fēng)，溫度值比設(shè)定值大0.5℃，則系統(tǒng)將強(qiáng)制冷卻。而在模糊控制區(qū)，將溫度偏差分為8個(gè)模糊狀態(tài)：正的大溫度偏差、正的中溫度偏差、正的小溫度偏差、正的零溫度偏差、負(fù)的零溫度偏差、負(fù)的小溫度偏差、負(fù)的中溫度偏差、負(fù)的大溫度偏差。將溫度偏差計(jì)算，分別給出了它們對(duì)8個(gè)模糊狀態(tài)的隸屬度值。

（2）溫度變化的模糊化。由于溫度變化是較慢的，將溫度變化值在±0.4℃以內(nèi)定義為模糊控制區(qū)，并將其分為7個(gè)模糊狀態(tài)：正的大溫度變化、正的中溫度變化、正的小溫度變化、零溫度變化、負(fù)的小溫度變化、負(fù)的中溫度變化、負(fù)的大溫度變化。將溫度變化模糊控制區(qū)±0.4℃文為15段，分別給出了它們對(duì)7個(gè)模糊狀態(tài)的隸屬度值。對(duì)于大于+0.4℃的溫度變化，取為+0.4℃；對(duì)于小于-0.4℃的溫度變化，取為-0.4℃。

（3）控制輸出的模糊化。將控制其輸出狀態(tài)規(guī)定為17種，分別對(duì)應(yīng)于不同的加熱器和通風(fēng)機(jī)組合，它們的定義如下：-8/-7/-6：通風(fēng)最大，加熱器全關(guān)；-5/-4：通風(fēng)量中，加熱器全關(guān)；-3/-2：通風(fēng)量小，加熱器全關(guān)；-1/0：通風(fēng)量不變，加熱器全關(guān)；+1/+2：通風(fēng)不變，加熱器為1/3功率加熱；+3/+4/+5：通風(fēng)量中，加熱器2/3功率加熱；+6/+7/+8：通風(fēng)量大，全功率加熱；將這17種輸出狀態(tài)分為7個(gè)模糊輸出狀態(tài)，即：大功率加熱、中公率加熱、小功率加熱、不加熱，不冷卻、小功率冷卻、中功率冷卻、大功率冷卻。每種具體輸出狀態(tài)對(duì)這7個(gè)模糊狀態(tài)的隸屬度值。具體流程如圖2所示。

圖2 糧食烘干程序流程圖

4 結(jié)語

建立糧食烘干過程中熱風(fēng)烘干機(jī)的模糊控制算法，對(duì)糧食升過程中的溫度和風(fēng)量進(jìn)行了模糊以及去模糊的處理。相對(duì)于傳統(tǒng)的PID控制，模糊控制的各項(xiàng)參數(shù)都優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制，模糊控制在糧食烘干過程中具有良好的魯棒性和控制穩(wěn)定性。對(duì)于提高整個(gè)糧食生產(chǎn)系統(tǒng)具有非常一定的意義。

［1］劉淑榮.模糊專家系統(tǒng)在糧食烘干控制過程中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，（11）.

［2］趙學(xué)工.糧食烘干機(jī)過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］.糧食加工，2007，（5）.

［3］程樂.糧食烘干機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，（9）.

Research on Grain Drying Control System Based on Fuzzy Control

CHEN Hong-jun1，GAO Guo-li2

（1.Electrical Engineering Department，Jilin Railway Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132002，China；2.Electrical and Information Engineering Institute，Jilin Agricultural Science and Technology College，Jilin，Jilin 132002，China）

Hotair dryers arewidely applied in grain drying，normally towerhotair dryersare PID controlalgorithm.for differentgrains，adjustmentcontrolparameters are different.Overshootvolume is difficult to controland the system parameters calculation and adjustment is difficult.Fuzzy control has strong robustness and control stability，which can bemore convenient to realize the controlof differentobjects.Fuzzy controlalgorithm of tower food hotair dryer system of fuzzy inferencemachinemakes itmeet theneed in the processofactualproduction.

grain drying；hotwind towerdryer；fuzzy controlalgorithm

TP273

A

2095-980X（2016）11-0062-02

2016-10-07

陳洪軍，主要研究方向：電氣設(shè)計(jì)。