一种中药药膏搅拌过程的温度梯度智能控制方法与流程

本发明涉及中药药膏搅拌，具体涉及一种中药药膏搅拌过程的温度梯度智能控制方法。

背景技术：

1、中药药膏是中医外治的核心剂型，兼具药效持久、使用便捷、依从性好等优势，在皮肤科、骨伤科等领域应用广泛。其制备核心为加热搅拌熬制，需经提取、浓缩、加辅料收膏等工序，过程涉及复杂的物理化学变化，温度梯度与搅拌参数直接决定膏体均匀性、稳定性及活性成分保留率。

2、现有的问题：现代中药药膏成分复杂（含中药提取物、油脂、乳化剂、高分子基质等），体系呈多相、非均匀、时变非线性特征，高粘度膏体在搅拌中易出现局部过热、糊化、活性成分降解、分散不均等问题。因此中药药膏的药效、稳定性与成品品质，高度依赖搅拌过程的温度控制精度。然而，由于物料粘度随温度和剪切速率动态变化带来的热传导非线性与时滞、加热功率与搅拌转速等工艺参数强耦合干扰、釜内空间温度梯度分布不均及流动死区的影响，易造成温度控制不当，从而导致中药药膏的有效成分破坏、混合不均或焦糊等问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种中药药膏搅拌过程的温度梯度智能控制方法，以解决现有的问题。

2、本发明的一种中药药膏搅拌过程的温度梯度智能控制方法采用如下技术方案：

3、本发明一个实施例提供了一种中药药膏搅拌过程的温度梯度智能控制方法，该方法包括以下步骤：

4、在中药药膏搅拌过程中的恒温搅拌反应阶段内，获取搅拌釜的上、中、下三个温控区域内每个测点的温度时序序列，以及每个温控区域的表征温度时序序列；

5、根据每个测点的温度时序序列中局部时段内温度的变化情况，确定每个测点在当前时刻下的热失衡表现值；根据同一温控区域内所有测点在同一时刻下的温度的不一致情况，确定每个温控区域在当前时刻下的温度场混乱性；根据所述热失衡表现值以及所述温度场混乱性的大小，确定每个温控区域在当前时刻下的区域综合温控失稳度；

6、根据不同温控区域的表征温度时序序列中同一时刻下的表征温度的温差表现情况，确定当前时刻下的区间耦合修正因子；基于所述区间耦合修正因子，对所述区域综合温控失稳度进行修正，得到每个温控区域在当前时刻下的控制权重；

7、以所述控制权重对所述表征温度进行加权平均，得到每个温控区域在当前时刻下的有效温度；根据各温控区域实时的有效温度，使用模糊控制器，实时输出各温控区域的温度控制指令。

8、进一步地，所述确定每个测点在当前时刻下的热失衡表现值，包括的具体步骤如下：

9、设定以当前时刻为时间终点，选取连续预设窗口长度个采样时刻构成固定长度的时序分析时间窗口；

10、在每个测点的温度时序序列中，根据时序分析时间窗口内温度的变化情况，确定每个测点在当前时刻下的温度波动问题表现值；

11、计算每个测点的温度时序序列中每一时刻下的温度与每个测点所处温控区域的预设恒温目标温度的差值绝对值，记为每个测点在每一时刻下的温度偏差值；

12、根据时序分析时间窗口内每个测点在每一时刻下的温度偏差值的大小，确定每个测点在当前时刻下的温度超调表现值；

13、将所述温度超调表现值与预设超调权重的乘积，记为第一乘积，将所述温度波动问题表现值与预设波动权重的乘积，记为第二乘积，将第一乘积与第二乘积的和值，记为每个测点在当前时刻下的热失衡表现值。

14、进一步地，所述确定每个测点在当前时刻下的温度波动问题表现值，包括的具体步骤如下：

15、在每个测点的温度时序序列中，计算时序分析时间窗口内所有温度的标准差，记为每个测点在当前时刻下的温度震荡程度，在时序分析时间窗口内所有相邻时刻下的温度差值中，分别统计温度差值为负的数量与温度差值为正的数量，选取两类数量中的最大值的归一化值，记为每个测点在当前时刻下的单向变温性；

16、计算每个测点在当前时刻下的单向变温性与预设常数的和值，记为第一系数，将第一系数与每个测点在当前时刻下的温度震荡程度的乘积，记为每个测点在当前时刻下的温度波动问题表现值。

17、进一步地，所述确定每个测点在当前时刻下的温度超调表现值，包括的具体步骤如下：

18、对于每个测点，将温度偏差值大于预设偏差阈值的时刻，记为超调时刻，将时序分析时间窗口内超调时刻数量的归一化值，记为每个测点在当前时刻下的温度超调持续性；

19、将每个测点在当前时刻下的温度超调持续性与预设常数的和值，记为第二系数，将第二系数与每个测点在当前时刻下的温度偏差值的乘积，记为每个测点在当前时刻下的温度超调表现值。

20、进一步地，所述确定每个温控区域在当前时刻下的温度场混乱性，包括的具体步骤如下：

21、在每个温控区域内，计算所有测点的温度时序序列中的同一时刻下的温度的标准差，记为每个温控区域在每一时刻下的温度场混乱性；

22、在时序分析时间窗口内，按照时间先后顺序，依次以每个温控区域在每一时刻下的温度场混乱性，构成温度场混乱性时序序列，使用最小二乘法，对温度场混乱性时序序列进行直线拟合，获取温度场混乱性拟合直线；

23、计算温度场混乱性拟合直线的斜率的归一化值与预设常数的和值，记为第三系数，将第三系数与每个温控区域在当前时刻下的温度场混乱性的乘积，记为每个温控区域在当前时刻下的温度场综合混乱表现性。

24、进一步地，所述确定每个温控区域在当前时刻下的区域综合温控失稳度，包括的具体步骤如下：

25、在每个温控区域内，获取所有测点在当前时刻下的热失衡表现值的均值与最大值，对所述均值与所述最大值进行算术平均，得到每个温控区域在当前时刻下的综合热失衡表现值；

26、对每个温控区域在当前时刻下的温度场综合混乱表现性与综合热失衡表现值进行算术平均，得到每个温控区域在当前时刻下的区域综合温控失稳度。

27、进一步地，所述确定当前时刻下的区间耦合修正因子，包括的具体步骤如下：

28、在上、中、下三个温控区域的表征温度时序序列中，计算同一时刻下的下温控区域的表征温度减去中温控区域的表征温度的差值，记为每一时刻下的下中温差，计算同一时刻下的中温控区域的表征温度减去上温控区域的表征温度的差值，记为每一时刻下的中上温差；

29、在时序分析时间窗口内，按照时间先后顺序，依次以每一时刻下的下中温差，构成下中温差时序序列，依次以每一时刻下的中上温差，构成中上温差时序序列；

30、计算下中温差时序序列的标准差，记为第一标准差，计算中上温差时序序列的标准差，记为第二标准差，将第一标准差与第二标准差的均值，记为当前时刻下的搅拌釜温度梯度不稳定性；

31、根据同一时刻下的下中温差与中上温差的差异，确定当前时刻下的搅拌釜温度梯度不一致性；

32、将所述搅拌釜温度梯度不一致性的归一化值与预设常数的和值，记为第四系数，将第四系数与所述搅拌釜温度梯度不一致性的乘积，记为当前时刻下的区间耦合修正因子。

33、进一步地，所述确定当前时刻下的搅拌釜温度梯度不一致性，包括的具体步骤如下：

34、计算同一时刻下的下中温差与中上温差的差值绝对值，记为每一时刻下的温度梯度不一致性；

35、将时序分析时间窗口内所有时刻下的温度梯度不一致性的均值，记为当前时刻下的搅拌釜温度梯度不一致性。

36、进一步地，所述得到每个温控区域在当前时刻下的控制权重，包括的具体步骤如下：

37、计算预设耦合修正权重系数与当前时刻下的区间耦合修正因子的乘积，将所述乘积与每个温控区域在当前时刻下的区域综合温控失稳度的和值，记为每个温控区域在当前时刻下的控制权重。

38、进一步地，所述得到每个温控区域在当前时刻下的有效温度，包括的具体步骤如下：

39、在时序分析时间窗口内，根据每个温控区域在所有时刻下的控制权重，对每个温控区域在所有时刻下的表征温度进行加权平均，得到每个温控区域在当前时刻下的有效温度。

40、本发明的技术方案的有益效果是：

41、在本发明实施例中，采用分区加权模糊控制策略，将搅拌釜分为上、中、下三个独立温控分区，在中药药膏搅拌过程中的恒温搅拌反应阶段内，根据每个测点的温度时序序列中局部时段内温度的变化情况，结合同一温控区域内所有测点在同一时刻下的温度的不一致情况，确定每个温控区域在当前时刻下的区域综合温控失稳度，根据不同温控区域的表征温度时序序列中同一时刻下的表征温度的温差表现情况，确定当前时刻下的区间耦合修正因子，用以对区域综合温控失稳度进行修正，得到每个温控区域在当前时刻下的控制权重，用以得到每个温控区域在当前时刻下的有效温度，由此对温度梯度控制重要时刻的温度数据赋予较大权重，对平稳稳态时刻的温度数据赋予较小权重，使计算得到的有效温度更贴合真实温度梯度变化趋势，提升恒温搅拌反应过程温度表征精度与温控调节的响应灵敏度，抑制稳态冗余数据带来的计算滞后与偏差，保障反应体系温度场均匀稳定。根据每个温控区域在当前时刻下的有效温度，使用模糊控制器，实时输出各温控区域的温度控制指令。至此本发明通过各分区多点测温均值结合时间权重进行加权融合，以加权后有效温度作为模糊控制输入，既强化关键工艺时刻对温度梯度调控的主导作用，又抑制平稳时段小幅温度波动引发的无效调节，提升了中药药膏搅拌过程中温度梯度控制的精准性、平稳性及抗干扰能力。