烟草制丝加料加香过程的无辨识自适应控制方案

【摘 要】 随着我国经济建设的不断发展以及科学技术水平的不断提高，社会各个领域所采用的先进设备与技术也越来越多，烟草生产行业也不例外。目前，烟草生产行业对烟丝成品中辅料和香精分布的均匀程度要求越来越高，传统的控制方案已经无法满足其需求，为此，相关技术人员提出了无辨识自适应控制方案，这种方案的使用，不仅对其控制性能进行了合理的优化，而且还从根本上实现了烟丝成品中辅料和香精的均匀分布。本文通过对烟草制丝加料加香过程的无辨识自适应控制方案进行系统的分析，为今后烟草制丝加料加香过程提供一定的参考依据。

【关键词】 烟草制丝 加料加香 无辨识

在烟草行业制丝生产中，加香加料环节占据着重要的位置。在实际生产过程中，由于烟丝在传送带上分布不均而引起进料烟丝流量呈现无规律波动是极为常见的现象，为了能够确保成品烟丝中料液和香精施加过程的准确度和均匀性，采取先进的技术措施是必不可少的。因此，烟草行业对其实际操作也给予了高度的重视。由于其操作过程具有一定的特殊性，如果对其加香加料环节进行合理的控制，那么势必会造成料液和香精分布不均匀的情况发生。我国目前烟草制丝生产中所采用的PID控制方案虽然能够从基本上满足制丝的操作要求，但是却很难保证料液和香精分布均匀。因此，为了提高烟草制丝的质量，技术人员提出了无辨识自适应控制方案来解决此项问题。

1 制丝加料加香过程

1.1 制丝加香加料

在烟草制丝过程中，加香加料是一个重要的操作环节。二者之间存在着一定的联系，但是也存在一些区别，它们的作用机制不同，但是最终所起到的效果是一样的，都是使香烟具有醇和香气，减少刺杂气味。与香性物质不同，在卷烟加料的过程中，所加料的成分大多都是沸点较高的人工合成或天然原料。这类物质依据其对卷烟吸味的功效，大致可分为4个类型，即甜味剂、酸味剂、凉味剂和保润剂。甜味剂主要包括糖、蜂蜜、大茴香和果汁等，这些物质一般对去除烟气中的刺、杂气味较为有效，可获得醇和烟气的质量效果。酸味剂主要包括柠檬酸、酒石酸和苹果酸等，适量运用可收到抑制刺、杂气，缓和烟气刺激性等吸味效果。凉味剂主要包括薄荷醇、桉叶油等，适量使用可缓和烟气的刺激性和杂气，特别是对去除青杂气效果尤为有效。保润剂主要包括甘油、乙二醇、丁二醇、丙=醇等。这些物料可使烟丝水分不易散失，有利于降低原料消耗，同时也有一定的改善卷烟吸味的作用。

1.2 加料加香系统的组成

制丝加料加香系统的组成部分主要包括烟丝传送系统、加料或加香控制系统以及混料系统。每个系统都负责一部分工作，烟丝传送系统的主要任务是将原料烟丝通过传送带送入加料滚筒，在传送的过程中应该确保原料烟丝连续不断。为了确保原料烟丝的流量能够满足操作需求，传送系统中的皮带秤会自动对其进行连续称量。然后在原料烟丝进入混料罐之后再进行加香加料作业，加料加香控制系统主要包括料液罐、料液管路以及流量控制系统几个部分组成。其中，料液罐的主要作用是对烟草制丝过程中所需要添加的料液和香精进行储存，在流量控制系统的控制下，通过料液管路将一定量的料液喷入混料罐，与同时进入罐内的烟丝进行混合，完成加料或加香过程。

1.3 加料加香过程的控制目标

烟草制丝过程中出现的料液和香精分布不均匀的现象，其主要原因是因为原料烟丝在通过传送带进行传送的时候，在传送带上分布不均匀，从而导致在加料加香的时候，无法对其进行合理控制。因此，为了能够保证从混料罐出来的烟丝中所含有料液和香精能够均匀分布，在加料加香过程中就应该对烟丝流量和料液流量之间的比例进行合理控制，通常情况下，料液流量的控制和调整应该根据传送烟丝的流量来进行具体操作，应该尽可能做到在任何时间进入混料罐中的料液流量和烟丝流量之间的比例保持一致或者相近。由此可见，在烟草制丝加料加香过程中，最主要的控制目标就是对料液流量和烟丝流量之间比例的控制。

然而，过去所采用的PID控制方案，虽然其方法相对来说较为简单，技术也比较成熟，但是在实际应用过程中，在对原料烟丝进行传送的时候，如果进料烟丝的流量出现较大幅度的波动的时候，瞬间的加料或加香比例也会因此而出现较大幅度的波动，所以，很容易造成制作好的烟草成品出现料液和香精分布不均匀的现象发生。

2 无辨识自适应控制方案

无辨识自适应控制最初是由Maisik和Strejc首先提出来的，这种控制方法不需要对过程中所产生的任何参数进行辨识，只要有在线检测过程的实际输出及期望输出便可形成具有较好动态性能指标。目前，在我国烟草行业的烟草制丝加料加香过程中得到了广泛的应用。无辨识自适应控制方案采用了时变的控制器增益和控制器参数，通过合理地在线调整3个参数即可实现系统控制性能的优化，达到提高系统响应速度和控制精度的目的。因此，所谓自适应控制问题就是确定相关参数并且实现在线自校正算法，通过优化选取相关参数，从而实现优化的效果。通过对无辨识自适应控制方案的实际应用可以看出，通过这种方法可以从根本上提高系统响应速度和控制精度的目的，对烟草成品料液和香精分布均匀提供了必要的技术支持。除此之外，无辨识自适应控制算法在结构上与PID控制算法相似，易于在PLC上编程实现，在不需要对硬件设备进行任何改造的前提下，可以直接替代系统原有的PID控制算法，实现控制性能的改善，因此适合于在实际工业生产中推广应用。

3 控制方案实施与控制结果

3.1 控制方案实施

从理论上来说，无辨识自适应控制方案相对与PID控制算法来说具有很大的优势，在实际操作中，为了能够将其优势充分的展示出来，在实际生产过程中，可以选择两个控制方案并行配置和自由切换的实施方案，控制方案选择开关由现场的工作人员根据实际情况来进行合理控制，采用这种方法的好处一方面在于，可以在新控制器的开发阶段，比不影响生产效率的前提下对新控制器中存在的问题进行不断的优化与完善，使其自身的优势和特点能够更好的发挥出来，从而促进企业的生产效果，提高企业的经济效益和社会效益，另一方面，在新控制方案完成长期稳定运行测试之前，在实际生产过程中还可以采用原有的控制系统，将其作为备用控制方案，这样便可以在不影响生产的前提下，对新控制器进行不断改进和优化。除此之外，这种方法的结果也是显而易见的。

3.2 控制结果对比

为了能够将无辨识自适应控制方案的优势在实际操作中充分发挥出来，工作人员在实际操作过程中将其与PID控制算法在同等的工况下进行对比，首先，在加工过程的前期选择PID控制算法，在操作一段时间之后，切换到无辨识自适应控制方案。实践证明，在切换控制算法之后，加料比的控制精度瞬间得到了提升，相应的稳定性也得到了显著提高。整个生产批次全部采用无辨识控制方案的控制结果如图1所示，在进料烟丝流量发生大幅度变化的时候，无辨识自适应控制方案仍然能够使其精度和稳定性进行有效控制，在不同控制方案下4个批次的烟丝加料过程的控制性能统计数据见表1，由此可见，采用无辨识自适应控制方案完成烟草制丝加料加香过程具有很高的可行性。

4 结语

综上所述，与传统的PID控制方案相比，采用无辨识自适应控制方案进行烟草制丝加料加香作业，能够有效控制操作中出现的无规律波动，不仅保证了料液和香精的均匀分布，而且还具有投资小、见效快的优势。因此，在未来的时间里，无辨识自适应控制方案在烟草制丝加料加香过程中必然会得到广泛的应用，为了能够将其优势充分发挥出来，技术人员应该将此方案进行不断优化与完善，以此来促进我国烟草行业的可持续发展。

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