一种过滤器刷刮联动自清洗控制方法及装置与流程

本发明涉及过滤器自清洗控制，具体为一种过滤器刷刮联动自清洗控制方法及装置。

背景技术：

1、过滤器刷刮联动自清洗装置在运行过程中，由刷辊与滤网接触并相对运动，刮刀与刷辊表面接触以清除附着杂质，同时利用清洗介质将杂质带出。目前常用的自清洗控制方式包括固定周期启动清洗、依据滤网前后压差阈值启动清洗，以及根据压差大小对清洗介质流量进行分级调节。此类方式主要依赖时间或压差作为控制输入，无法直接反映刷辊与滤网之间的接触状态和刮刀与刷辊之间的贴合状态。滤网上杂质分布不均匀、刷辊表面局部磨损、刮刀安装角度变化以及运行振动会使刷辊与滤网之间的接触压力出现瞬时波动，使刮刀与刷辊表面之间的接触角度偏离基准。固定周期或压差控制对上述波动和偏差不敏感，容易在接触压力波动加剧或接触角度持续偏转时仍维持原清洗参数，造成局部滤网杂质残留或刷辊、刮刀局部过度受力。清洗介质供给流量在现有控制方式下通常按预设值保持，未根据刷辊表面负载的不均衡程度进行动态补偿，难以兼顾局部清洗需求和介质消耗。在刷辊与滤网接触失稳和刮刀与刷辊贴合衰退同时出现时，现有控制方式缺少对接触压力波动序列和接触角度偏差序列的时域分析，缺少对历史压力扰动与角度漂移同步偏移及累积变化的计算，也缺少对当前时刻前后接触压力下降梯度和接触角度摆动幅度的局部特征提取，无法获得反映负载不均衡程度的瞬时变化量，导致清洗介质的流动速度调节滞后于过滤器实际负载状态变化。清洗介质供给流量无法随负载不均衡状态及时补偿，使得局部过载区域无法获得足够的清洗介质，低负载区域又可能出现清洗介质过量供给，影响过滤器运行稳定性和清洗介质利用效率。需要一种能够根据接触压力和接触角度的时域特征及历史同步关系动态调节清洗介质供给流量的控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种过滤器刷刮联动自清洗控制方法及装置，对刷辊与滤网之间的接触压力值和刮刀与刷辊表面之间的接触角度值进行时域分解，提取接触压力值的瞬时波动幅度序列和接触角度值的瞬时偏差序列；根据瞬时波动幅度序列中相邻极值点之间的幅值变化速率构建压力扰动系数，根据瞬时偏差序列中连续同向偏差的累积量构建角度漂移系数；利用当前时刻之前多个历史时刻的压力扰动系数与角度漂移系数之间的同步偏移量以及两者的累积变化率，得到刷辊与滤网之间的接触失稳程度；分析当前时刻前后多个采样时刻的接触压力值沿时间轴的下降梯度以及接触角度值沿时间轴的摆动幅度，构建刮刀与刷辊之间的贴合衰退度，并结合接触失稳程度得到刷辊表面的负载不均衡度；利用负载不均衡度的瞬时变化量、当前时刻清洗介质的流动速度和预设流动速度调节基数确定清洗介质的补偿流动速度，并根据补偿流动速度和实际流动速度控制调节清洗介质的供给流量。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种过滤器刷刮联动自清洗控制方法及装置，该方法包括：获取过滤器运行过程中刷辊与滤网之间的接触压力值以及刮刀与刷辊表面之间的接触角度值，并分别进行时域分解，提取接触压力值的瞬时波动幅度序列和接触角度值的瞬时偏差序列；根据瞬时波动幅度序列中相邻极值点之间的幅值变化速率，构建压力扰动系数，并根据瞬时偏差序列中连续同向偏差的累积量，构建角度漂移系数；依据当前时刻之前多个历史时刻的压力扰动系数与角度漂移系数之间的同步偏移量，以及压力扰动系数的累积变化率和角度漂移系数的累积变化率，计算当前时刻刷辊与滤网之间的接触失稳程度；分析当前时刻前后多个采样时刻的接触压力值沿时间轴的下降梯度以及接触角度值沿时间轴的摆动幅度，构建当前时刻刮刀与刷辊之间的贴合衰退度，并结合接触失稳程度，得到当前时刻刷辊表面的负载不均衡度，利用负载不均衡度的瞬时变化量以及当前时刻清洗介质的流动速度和预设流动速度调节基数，确定当前时刻清洗介质的补偿流动速度；根据当前时刻清洗介质的补偿流动速度和实际流动速度，控制调节清洗介质的供给流量。

3、上述技术方案同时采集接触压力值和接触角度值，并对压力波动和角度偏差进行时序特征提取，使得刷辊与滤网之间的机械接触状态和刮刀与刷辊之间的贴合状态能够被同步反映，避免仅依赖单一参数造成的状态判断滞后或失真。

4、作为本发明的一个优选技术方案，提取接触压力值的瞬时波动幅度序列和接触角度值的瞬时偏差序列的过程为：获取当前时刻前预设时长内所有历史采样时刻的接触压力值和接触角度值分别按照采集先后顺序组成的序列，作为当前时刻的压力时序序列和角度时序序列；对当前时刻的压力时序序列进行局部极值点检测，获取所有局部极大值与局部极小值，将相邻局部极大值与局部极小值的差值按时间顺序排列，作为瞬时波动幅度序列；针对角度时序序列，计算每个采样时刻的接触角度值与预设基准角度之间的差值，将差值按时间顺序排列，作为瞬时偏差序列。该优选方式通过对压力时序序列进行局部极值提取以及对角度时序序列进行基准偏差计算，能够突出短时压力波动和角度偏移特征，为后续扰动和漂移分析提供稳定的数据基础。

5、作为本发明的一个优选技术方案，构建压力扰动系数的过程为：将瞬时波动幅度序列按照时间顺序划分为多个波动子区间，每个波动子区间包含至少三个连续的瞬时波动幅度值；针对每个波动子区间，取区间内最后一个瞬时波动幅度值与第一个瞬时波动幅度值之差除以区间内瞬时波动幅度值的数量，作为该区间的幅值变化速率；将所有波动子区间的幅值变化速率的绝对值之和，作为压力扰动系数。该方式利用局部区间内波动幅度的变化速率累计表征压力扰动强度，能够抑制单个波动尖峰对整体扰动判断的干扰。

6、作为本发明的一个优选技术方案，构建角度漂移系数的过程为：遍历瞬时偏差序列，标记所有符号相同的连续偏差值，组成多个同向偏差子序列；针对每个同向偏差子序列，计算子序列内所有偏差值的绝对值之和，作为该子序列的累积量；将所有同向偏差子序列的累积量之和，作为角度漂移系数。通过连续同向偏差的累积量反映角度漂移趋势，可更灵敏地识别刮刀角度持续偏离基准的状态。

7、作为本发明的一个优选技术方案，计算当前时刻刷辊与滤网之间的接触失稳程度的过程为：获取当前时刻之前连续多个历史时刻各自对应的压力扰动系数，按时间升序排列组成压力扰动历史向量，并获取相同历史时刻各自对应的角度漂移系数，按时间升序排列组成角度漂移历史向量；计算压力扰动历史向量与角度漂移历史向量之间的逐元素差值，组成差值向量，将差值向量中所有元素的标准差作为同步偏移量；将压力扰动历史向量中相邻元素之间的差值绝对值的均值作为压力扰动系数的累积变化率，将角度漂移历史向量中相邻元素之间的差值绝对值的均值作为角度漂移系数的累积变化率；将同步偏移量与累积变化率之和的乘积，确定为当前时刻刷辊与滤网之间的接触失稳程度。该方式将压力扰动与角度漂移的同步偏差和各自累计变化趋势相结合，能够更全面地评价接触失稳程度，避免仅依据瞬时偏差导致误判。

8、作为本发明的一个优选技术方案，构建当前时刻刮刀与刷辊之间的贴合衰退度的过程为：取当前时刻前后各预设数量的采样时刻的接触压力值，按照时间升序排列组成压力局部序列，并取相同采样时刻的接触角度值，按照时间升序排列组成角度局部序列；计算压力局部序列中相邻采样时刻之间的压力差值，将所有负的压力差值的绝对值之和作为下降梯度；计算角度局部序列中相邻采样时刻之间的角度差值，将所有正的角度差值之和作为摆动幅度；将下降梯度与摆动幅度的乘积，确定为当前时刻刮刀与刷辊之间的贴合衰退度。该优选方式利用局部窗口内的压力下降和角度摆动共同刻画贴合衰退程度，可提前发现贴合弱化趋势。

9、作为本发明的一个优选技术方案，得到当前时刻刷辊表面的负载不均衡度的过程为：获取当前时刻刷辊与滤网之间的接触失稳程度与当前时刻刮刀与刷辊之间的贴合衰退度的乘积，将乘积作为第一中间参量；以一为底数，以第一中间参量的相反数为指数，计算指数函数值，用一减去该指数函数值，得到当前时刻刷辊表面的负载不均衡度。利用上述非线性映射将接触失稳程度和贴合衰退度转换至与负载不均衡度相适应的取值区间，能够提高负载不均衡度对清洗介质供给调节的适应性。

10、作为本发明的一个优选技术方案，确定当前时刻清洗介质的补偿流动速度的过程为：获取当前时刻刷辊表面的负载不均衡度与前一个采样时刻的负载不均衡度之间的差值，将该差值作为负载不均衡度的瞬时变化量；将当前时刻清洗介质的流动速度与预设流动速度调节基数之和作为第一调节基数，将瞬时变化量与第一调节基数的乘积作为补偿量；将当前时刻清洗介质的流动速度与补偿量之和，确定为当前时刻清洗介质的补偿流动速度，其中，预设流动速度调节基数不超过当前时刻清洗介质的流动速度的百分之五。通过限制调节基数上限，可在保证补偿响应速度的同时避免清洗介质流动速度出现过大波动，提高系统运行平稳性。

11、作为本发明的一个优选技术方案，根据当前时刻清洗介质的补偿流动速度和实际流动速度，控制调节清洗介质的供给流量的过程为：获取当前时刻清洗介质的补偿流动速度与实际流动速度之间的差值，将该差值作为速度偏差量；将速度偏差量输入比例积分微分控制器，由比例积分微分控制器根据速度偏差量输出流量调节信号；根据流量调节信号控制清洗介质供给管路上的电动调节阀的开度变化量，以调节清洗介质的供给流量。该方式将补偿速度与实际速度的偏差作为闭环控制输入，能够实现清洗介质供给流量的连续、稳定调节。

12、本发明还提供一种过滤器刷刮联动自清洗控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述过滤器刷刮联动自清洗控制方法的步骤。该装置能够利用传感器采集的接触压力值和接触角度值完成状态特征提取和流量调节控制，具有结构简单、控制响应及时的特点。

13、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

14、获取过滤器运行过程中刷辊与滤网之间的接触压力值以及刮刀与刷辊表面之间的接触角度值，分别进行时域分解，提取接触压力值的瞬时波动幅度序列和接触角度值的瞬时偏差序列；根据瞬时波动幅度序列中相邻极值点之间的幅值变化速率构建压力扰动系数，根据瞬时偏差序列中连续同向偏差的累积量构建角度漂移系数；依据当前时刻之前多个历史时刻的压力扰动系数与角度漂移系数之间的同步偏移量，以及压力扰动系数的累积变化率和角度漂移系数的累积变化率，计算刷辊与滤网之间的接触失稳程度。该处理方式将接触压力的瞬时波动幅度和接触角度的持续偏差转化为可比较的压力扰动系数和角度漂移系数，并通过历史序列的同步偏移和累积变化率刻画刷辊与滤网接触状态的失稳趋势。相比固定周期控制和单一压差控制，当滤网局部杂质分布不均或刷辊表面磨损造成接触压力频繁波动、接触角度持续偏离时，能够利用压力扰动与角度漂移的同步变化特征识别接触失稳，避免仅依据压差阈值导致的识别滞后，使局部负载异常能够被及时反映。分析当前时刻前后多个采样时刻的接触压力值沿时间轴的下降梯度以及接触角度值沿时间轴的摆动幅度，构建刮刀与刷辊之间的贴合衰退度；将贴合衰退度与接触失稳程度结合得到刷辊表面的负载不均衡度；利用负载不均衡度的瞬时变化量、当前时刻清洗介质的流动速度以及预设流动速度调节基数确定补偿流动速度，并根据补偿流动速度和实际流动速度控制调节清洗介质的供给流量。该处理方式同时考虑接触压力在局部的下降特征和接触角度在局部的摆动特征，使刮刀与刷辊之间的贴合衰退程度能够通过局部时序变化进行量化，并与刷辊与滤网之间的接触失稳程度融合为负载不均衡度。在负载不均衡度发生瞬时变化时，依据瞬时变化量对清洗介质流动速度进行补偿，使清洗介质供给流量能够随刷辊表面负载状态调整，缓解因负载不均衡引起的局部清洗不足或清洗介质过度供给，减少无效介质消耗。