一种基于流量预测的预制米制品灌装压料自适应控制方法与流程
本发明涉及预制米制品输送机，尤其涉及一种基于流量预测的预制米制品灌装压料自适应控制方法。
背景技术：
1、流量预测是指利用实时采集的流量、压力等过程量，通过预测模型提前估计物料流量的技术手段。预制米制品是指以大米为主要原料制成的含米粒半流体或黏稠食品物料。现有基于流量预测的预制米制品灌装压料控制方法由固定参数控制逐步发展为流量反馈与前馈预测调节，在物料状态相对稳定的连续灌装过程中提升了计量精度与生产效率。
2、然而，现有方法面对预制米制品在输送机及与输送机相关联的压料、灌装装置中，因输送与停顿过程中淀粉回生造成的物料状态变化时存在明显不足。多灌装头之间流量偏差随运行时间逐渐拉大，流量信号出现间歇性波动且波动特征持续恶化，现有控制手段难以在偏差尚小阶段准确识别即将出现堵塞的支管。停机后再启动阶段物料状态改变导致压料压力与流量关系发生变化，固定参数控制难以适应，易造成计量超差和支管堵塞。
3、因此，亟需研究一种能够结合物料状态变化与流量波动特征的自适应控制方法，提升连续运行和停机启动阶段的流量稳定性，确保给料过程的连续性。
技术实现思路
1、为了克服淀粉回生引发的预制米制品在输送机及与输送机相关联的压料装置中流动性下降、导致给料阻力失稳的缺点，本发明提供了一种基于流量预测的预制米制品灌装压料自适应控制方法。
2、本发明的技术实施方案为：一种基于流量预测的预制米制品灌装压料自适应控制方法，包括以下步骤：
3、s1：采集支管流量跳变数据、支管流量调节数据与支管物料老化状态数据，并进行恒定压料参数下的支管流量临界慢化分析处理后获得跳变临界点；
4、s2：在连续运行工况下对各支管流量时间序列进行老化型间歇性零流量片段出现次数与平均持续时间演化趋势分析处理，并根据分析结果对接近跳变临界点的支管执行螺杆转速与压料压力递进调节处理；
5、s3：在停机后启动阶段对支管流量与压料压力进行启动嵌塞临界压力辨识处理，并根据启动嵌塞临界压力对启动阶段压料压力值实施上限约束调节处理；
6、s4：根据停机前最后一次记录的支管流量跳变临界点状态与停机后启动阶段计算获得的支管内米饭硬化特征值，对停机后启动阶段的启动嵌塞临界压力进行修正，并将修正启动嵌塞临界压力作为启动阶段压料压力值上限约束。
7、优选地，所述采集支管流量跳变数据、支管流量调节数据与支管物料老化状态数据，并进行恒定压料参数下的支管流量临界慢化分析处理后获得跳变临界点，包括：
8、支管流量跳变数据包含支管流量时间序列，支管流量调节数据包含压料压力值与螺杆转速值，支管物料老化状态数据包含支管内米饭糊化度；
9、将压料压力值与螺杆转速值同时保持不变的连续时间段定义为恒定压料参数时间段；
10、在恒定压料参数时间段内，从支管流量跳变数据中截取对应支管流量时间序列，并从支管物料老化状态数据中截取对应支管内米饭糊化度时间序列；
11、对截取的支管流量时间序列施加滑动窗口处理。
12、优选地，所述对截取的支管流量时间序列施加滑动窗口处理，包括：
13、对每一个滑动窗口内的支管流量采样值计算流量瞬时波动方差，流量瞬时波动方差等于滑动窗口内各支管流量采样值与窗口内流量平均值之差的平方的平均值；
14、对每一个滑动窗口内的支管流量采样值计算流量自相关时间，流量自相关时间等于支管流量自相关函数值从初始值下降至初始值乘以1/e时对应的滞后时间；
15、比较相邻滑动窗口的流量瞬时波动方差与流量自相关时间，并读取同一滑动窗口对应的支管内米饭糊化度值，所述支管内米饭糊化度值取该滑动窗口时间范围内糊化度时间序列的平均值；
16、当流量瞬时波动方差连续上升且流量自相关时间连续上升，并且支管内米饭糊化度低于预设糊化度下限时，判定支管流量跳变临界点状态为达到跳变临界点。
17、优选地，所述在连续运行工况下对各支管流量时间序列进行老化型间歇性零流量片段出现次数与平均持续时间演化趋势分析处理，并根据分析结果对接近跳变临界点的支管执行螺杆转速与压料压力递进调节处理，包括：
18、在连续运行工况下获取各支管流量时间序列，同时通过工业视觉检测装置获取各支管出料口出料图像，并获取各支管内米饭凝胶强度；
19、在每一统计周期内，将支管流量时间序列中流量值持续低于预设零流量判定阈值的连续采样点集合确定为候选零流量片段；当该统计周期内支管内米饭凝胶强度超过预设凝胶强度阈值时，将该统计周期内的候选零流量片段判定为老化型间歇性零流量片段；
20、出料口出料图像用于辅助确认老化型间歇性零流量片段对应的出料口物料流柱中断状态；
21、将连续运行工况划分为多个等长时间统计周期。
22、优选地，所述将连续运行工况划分为多个等长时间统计周期，包括：
23、统计每一支管在每一统计周期内老化型间歇性零流量片段出现次数；
24、统计每一支管在每一统计周期内老化型间歇性零流量片段持续采样点个数平均值，作为老化型间歇性零流量片段平均持续采样点数；将该平均持续采样点数乘以采样周期得到老化型间歇性零流量片段平均持续时间；
25、比较每一支管相邻统计周期的老化型间歇性零流量片段出现次数与老化型间歇性零流量片段平均持续时间；
26、当老化型间歇性零流量片段出现次数逐周期增加且老化型间歇性零流量片段平均持续时间逐周期延长时，将对应支管判定为接近跳变临界点的支管；
27、当判定接近跳变临界点的支管其跳变临界点状态为未达到时，对该支管执行正向压料调节；
28、当判定接近跳变临界点的支管其跳变临界点状态为达到时，对该支管执行反向压料调节。
29、优选地，所述正向压料调节，包括：
30、将支管螺杆转速值提高一个螺杆转速调节步长；
31、当调节后该支管的老化型间歇性零流量片段未消失时，再次提高一个螺杆转速调节步长，直至老化型间歇性零流量片段消失或螺杆转速达到螺杆转速上限；
32、当螺杆转速达到螺杆转速上限且老化型间歇性零流量片段仍未消失时，将压料压力值降低一个压料压力调节步长，直至老化型间歇性零流量片段消失或压料压力降低至压料压力下限；当压料压力降低至压料压力下限且老化型间歇性零流量片段仍未消失时，触发停机报警。
33、优选地，所述反向压料调节，包括：
34、停止提高支管螺杆转速值，将支管螺杆转速值调节至反向旋转状态，持续一个反向压料持续时间；反向压料持续时间结束后，恢复正向旋转并重新执行老化型间歇性零流量片段判定，若该支管的老化型间歇性零流量片段已消失，则维持正向旋转恢复正常运行；若该支管的老化型间歇性零流量片段仍未消失，则重复执行反向压料调节，当重复次数达到预设反向压料最大重复次数时，若老化型间歇性零流量片段仍未消失，则触发停机报警。
35、优选地，所述在停机后启动阶段对支管流量与压料压力进行启动嵌塞临界压力辨识处理，并根据启动嵌塞临界压力对启动阶段压料压力值实施上限约束调节处理，包括：
36、在停机后启动阶段，获取支管流量时间序列、支管压料压力时间序列、停机期间压料腔内残余压力衰减曲线和停机时长与环境湿度；
37、在停机后启动阶段，根据停机期间压料腔内残余压力衰减曲线和停机时长与环境湿度计算支管内米饭硬化特征值；
38、在支管流量时间序列中，将流量值由上升转为下降的采样点判定为流量峰顶点；
39、在支管流量时间序列中，在相邻两个流量峰顶点之间，将流量值由下降转为上升的采样点判定为流量谷底点；
40、将每一个流量峰顶点与其后紧邻的流量谷底点之间的流量差值绝对值记录为峰幅值；
41、将各流量峰顶点对应的峰幅值按流量峰顶点的发生时刻先后顺序排列，得到峰幅值序列；
42、计算峰幅值序列中相邻两个峰幅值的差值；
43、当相邻两个峰幅值的差值由正值转为负值时，将差值转为负值前的前一个峰幅值对应的流量峰顶点判定为幅值转折点；
44、根据支管压料压力时间序列，将幅值转折点发生时刻对应的支管压料压力值确定为启动嵌塞临界压力。
45、优选地，所述将幅值转折点发生时刻对应的支管压料压力值确定为启动嵌塞临界压力，还包括：
46、当相邻两个峰幅值的差值未出现由正值转为负值时，根据支管压料压力时间序列，将全部流量峰顶点发生时刻对应的支管压料压力值中的最小值确定为启动嵌塞临界压力。
47、优选地，所述根据停机前最后一次记录的支管流量跳变临界点状态与停机后启动阶段计算获得的支管内米饭硬化特征值，对停机后启动阶段的启动嵌塞临界压力进行修正，包括：
48、读取支管在停机前最后一次记录的支管流量跳变临界点状态，以及停机后启动阶段计算获得的支管内米饭硬化特征值；
49、当支管流量跳变临界点状态为达到跳变临界点时，启动嵌塞临界压力修正比例等于支管内米饭硬化特征值与预设米饭硬化特征值上限的比值，且启动嵌塞临界压力修正比例的取值范围限定为0至预设修正比例上限之间，预设修正比例上限小于1；修正启动嵌塞临界压力=启动嵌塞临界压力*（1-启动嵌塞临界压力修正比例），且修正启动嵌塞临界压力不低于预设最低压料压力下限；
50、当支管流量跳变临界点状态为未达到跳变临界点时，修正启动嵌塞临界压力等于启动嵌塞临界压力；
51、在启动压料参数调节过程中，将压料压力控制在预设最低压料压力下限与修正启动嵌塞临界压力之间。
52、有益效果：本发明通过将支管流量、压料压力、螺杆转速与米饭糊化度置于恒定压料参数时段内进行临界慢化分析，提前判定流量跳变临界点，并依据老化型间歇性零流量片段出现次数与平均持续时间的逐周期演化识别接近堵塞的支管，分别执行正向或反向压料调节，抑制淀粉回生造成的给料阻力失稳。停机启动阶段融合残余压力衰减曲线、停机时长与环境湿度计算米饭硬化特征值，辨识启动嵌塞临界压力，再结合连续运行阶段记录的跳变临界点状态修正启动嵌塞临界压力，作为启动压料压力上限约束，防止硬芯压入缩口形成堵塞，最终提升预制米制品输送机在连续运行和停机启动阶段的流量稳定性与给料连续性，防止支管堵塞和启动嵌塞。