一种基于模糊PID的茶叶加工设备自适应温度控制系统的制作方法

本发明涉及茶叶加工设备温度控制，具体涉及一种基于模糊pid的茶叶加工设备自适应温度控制系统。

背景技术：

1、茶叶杀青、干燥和提香等加工过程通常通过电加热功率调节器、燃料供给调节器或蒸汽阀等热执行器调节加工区温度。温度控制可依据工艺温度目标与被控温度之间的偏差调整热输入，模糊pid能够根据偏差及其变化趋势调整比例、积分和微分作用。加工期间，茶叶持续排湿会形成暂态吸热负载；同时，送料、翻动、风机、舱门和执行器状态变化也会改变温度响应与排湿测量的对应关系。

2、若仅依据温度偏差或单次温度、排湿变化调整控制参数，难以区分茶叶排湿造成的温度响应迟缓与热源能力变化、传热异常或执行器未跟随，暂态偏差还可能被持续写入常规积分记忆。当排湿负载衰减后，已累积的加热作用可能继续推动热执行器，使温度存在越过工艺允许温度带和反复修正的风险。此外，在工艺状态变化、响应窗口不完整或执行器反馈异常时，历史响应关系缺乏可比性。因此，需要在温度、排湿、设备状态和执行器反馈均有效且安全条件允许的情况下，对当前热过程形成可靠的控制依据。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：在茶叶加工的排湿蒸发负载、慢变温度趋势和执行器反馈条件并存时，常规模糊pid难以区分正常稳态偏差、排湿暂态吸热和热命令未被执行，导致排湿期间形成的补偿可能进入常规积分记忆，并在负载退出后继续作用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、数据同步模块，用于按采样时刻关联工艺温度目标、温度、排湿、设备状态和执行器反馈，形成同步测量帧并输出数据有效性；

4、热响应探测模块，用于根据所述同步测量帧及数据有效性判断是否允许探测，在允许探测时围绕同一基线形成方向相反且由执行器反馈确认的两个热命令段，在两段之间使执行器反馈和温度趋势满足基线恢复条件，异常时终止命令段并通过执行安全模块恢复基线热命令；

5、热响应判定模块，用于对两命令段的温度响应和排湿响应进行窗口对齐及局部基线消除，分离可逆热响应量与共同漂移量，结合排湿持续性和执行器反馈形成正常控制状态、蒸发负载状态、负载转移状态或无效控制状态之一；

6、自适应控制模块，用于按所述控制状态调整模糊pid参数，选择常规积分记忆或蒸发补偿记忆的写入、保持及撤除路径，合成候选热命令；

7、执行安全模块，用于对候选热命令限幅、限速和联锁核验，驱动热执行器并反馈实际执行结果。

8、优选地，按采样时刻关联工艺温度目标、温度、排湿、设备状态和执行器反馈，形成同步测量帧并输出数据有效性，包括：

9、将工艺温度目标、设备运行模式、送料状态、风路状态及传热连接保持可比的连续运行期间确定为可比工况区间；

10、在所述可比工况区间内，以未含舱门开启、送料起停、风机切换或热执行器异常的连续有效样本形成温度局部基线趋势、温度趋势自然波动包络、排湿自然波动包络、基线热命令及执行器反馈包络。

11、优选地，将工艺温度目标、设备运行模式、送料状态、风路状态及传热连接保持可比的连续运行期间确定为可比工况区间，包括：

12、工艺温度目标切换、舱门动作、送料或翻动突变、风机切换或控制模式切换使热响应关系失去可比性时，结束当前可比工况区间；

13、使该可比工况区间内由已完成探测记录形成并用于后续热响应比较的参考数据、未完成探测记录和尚未用于控制状态判定的响应结果失效，禁止蒸发补偿记忆迁移，并在设备状态重新稳定后建立新的可比工况区间。

14、优选地，在允许探测时围绕同一基线形成方向相反且由执行器反馈确认的两个热命令段，在两段之间使执行器反馈和温度趋势满足基线恢复条件，包括：

15、仅在工艺温度目标、温度趋势、送料、翻动、风机、舱门及测量信号稳定有效，热执行器具有可分辨的上调余量和下调余量，执行器反馈正常且处于无报警、无硬联锁动作的自动控制模式时允许探测；

16、探测幅度高于热执行器最小可分辨变化和反馈噪声边界，并受温度安全余量、执行器余量及命令变化率限制，不存在同时满足安全性和可辨识性的探测幅度时不实施探测。

17、优选地，在允许探测时围绕同一基线形成方向相反且由执行器反馈确认的两个热命令段，在两段之间使执行器反馈和温度趋势满足基线恢复条件，包括：

18、两个热命令段相对基线的执行器实际反馈幅度在由热执行器最小可分辨变化和反馈噪声确定的允许偏差范围内相互对应，且两个命令段的持续时间相同；

19、先执行一个命令段，待执行器反馈恢复至探测前稳定反馈范围，并且温度趋势相对探测前局部温度趋势的偏差恢复至由稳定有效温度样本和温度测量不确定度共同确定的自然波动范围内后，再执行另一命令段；

20、任一命令段触及输出边界、按照当前温度变化趋势预测被控温度将达到或越过温度安全边界、执行器反馈错误或超时、设备状态变化或联锁动作时，终止当前命令段并恢复基线热命令，将不完整探测记录作废。

21、优选地，对两命令段的温度响应和排湿响应进行窗口对齐及局部基线消除，分离可逆热响应量与共同漂移量，包括：

22、以实际执行器反馈开始变化的时刻对齐两个温度响应窗口，经过热迟滞后采用同一温度变化率拟合规则取得各自相对局部基线趋势的温度响应增量；

23、将两个温度响应增量之间的差异按经执行器反馈确认的实际热输入变化幅度归一化形成可逆热响应量，并由两者共同保留的温度趋势形成共同漂移量；

24、窗口不完整、实际反馈幅度不对应、样本不足或数据不属于同一可比工况区间时，不更新所述可逆热响应量和共同漂移量。

25、优选地，结合排湿持续性和执行器反馈形成正常控制状态、蒸发负载状态、负载转移状态或无效控制状态之一，包括：

26、以执行器反馈正常、排湿未检出且工况稳定的完整探测记录形成并更新用于表征正常控制条件下可逆热响应量允许变化范围的有效响应包络，在蒸发负载状态和负载转移状态下冻结所述有效响应包络；

27、当前可逆热响应量低于所述有效响应包络的下边界、排湿跨两个命令段持续同向偏移，且在被控温度低于工艺温度目标时，两个命令窗口的共同温度变化趋势相对探测前局部温度趋势朝降低升温速率或增大降温速率方向偏移，并且该偏移超出由稳定有效温度样本的温度趋势自然波动和温度测量不确定度共同确定的自然波动范围时，形成蒸发负载状态，必要输入无效或执行器反馈异常时优先形成无效控制状态。

28、优选地，按所述控制状态调整模糊pid参数，选择常规积分记忆或蒸发补偿记忆的写入、保持及撤除路径，包括：

29、正常控制状态下更新常规积分记忆并使蒸发补偿记忆保持为零；

30、蒸发负载状态下，将拟写入常规积分记忆且会增加热输入的积分增量重定向至蒸发补偿记忆；

31、负载转移状态下停止新增蒸发补偿并逐步撤除已有补偿，无效控制状态下冻结控制参数增量及两类记忆的新增，转入受限基础模糊pid控制或安全处置。

32、优选地，选择常规积分记忆或蒸发补偿记忆的写入、保持及撤除路径，包括：

33、仅在温度偏差未向目标收敛、热执行器具有安全余量、按照当前温度变化趋势预测的被控温度保持在工艺允许温度带内且可逆热响应量有效时写入；

34、蒸发补偿记忆的上限由温度安全余量、执行器输出余量、正常控制状态下有效探测记录所确定的可逆热响应量最低有效值及抗饱和条件共同确定；

35、排湿衰减、可逆热响应量恢复且温度回升时，按热执行器的最小可分辨减量撤除补偿，直至补偿归零、重新形成蒸发负载状态或进入无效控制状态。

36、优选地，对候选热命令限幅、限速和联锁核验，驱动热执行器并反馈实际执行结果，包括：

37、输出饱和时反馈饱和方向，阻止两类记忆沿该方向增加；

38、执行器反馈错误、超时或接口中断时，使当前探测记录及对应控制状态失效，并根据温度和联锁状态发送由设备安全配置预设的安全功率指令、停热指令或人工接管请求；

39、故障消除且设备状态稳定后建立新的可比工况区间，重新形成基线并完成一组有效的相反热命令段后恢复自适应控制，且不载入前一可比工况区间的蒸发补偿记忆。

40、采用上述技术方案能够获得以下有益效果：

41、本发明在工艺状态和安全条件允许时，以同一基线下由执行器反馈确认的相反热命令段取得可比响应，并通过窗口对齐和局部基线消除，将随命令换向的可逆热响应与两个窗口共同保留的温度漂移区分开来。排湿持续性、设备状态与执行器反馈进一步参与控制状态判定，使系统能够在当前可比工况区间内识别蒸发负载，并降低把执行器异常、风路变化或孤立排湿波动当作蒸发负载的可能性，为模糊pid参数调整提供更具针对性的控制依据。

42、在确认蒸发负载后，系统把会增加热输入的临时积分增量写入独立的蒸发补偿记忆，而不混入常规积分记忆；当排湿衰减、可逆热响应恢复且温度回升时，停止新增并逐步撤除该补偿。这样可使暂态排湿负载对应的加热作用随负载退出而退出，减少继续加热、温度越过工艺允许温度带及反复修正的风险。候选热命令还经过限幅、限速和联锁核验，测量、执行或联锁异常时冻结新增并转入受限基础控制或安全处置，从而避免无效状态下补偿继续累积。