專利名稱：：原料箱控制方法
背景技術(shù)：
：本發(fā)明總體上涉及造紙機的控制以及，更特別地，涉及對造紙機轉(zhuǎn)換(transition)進行紙張重量和濕度的模擬和控制，盡管本發(fā)明總體上應(yīng)用于造紙機的控制，在這里將參考特別適用于這種機器并且最初所使用在這種機器上進行等級變化(gradechange)的控制來描述本發(fā)明。許多造紙者想進行更頻繁、更快并且更平滑的等級變化，來使他們的產(chǎn)品更適應(yīng)于市場需求。等級變化通常包括紙張重量、濕度水平、纖維供給、顏色、含灰量水平，以及許多其它的紙張?zhí)匦缘淖兓?。要將紙張?zhí)匦詮囊粋€產(chǎn)品等級變到另一個，通常需要變化濕端漿料制備化學(xué)添加劑、漿流、機器速度、原料箱(headbox)設(shè)置、汽壓，以及其它過程參數(shù)。因為這些因素中的每一個在轉(zhuǎn)換中可顯示不同的動態(tài)并且具有不同的傳送延遲，機器會需要很長的時間來調(diào)整到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)或者紙張會在變化過程中斷裂。在等級變化過程中制造的紙張通常不符合任何一個紙張等級的規(guī)格，被看作是無法銷售的“廢紙”。這樣，一個避免紙張斷裂并且減少廢紙的平滑的等級變化必定能提高機器生產(chǎn)力，尤其是對于進行頻繁的等級變化的機器而言。一項關(guān)于造紙機等級變化的研究顯示，涉及等級變化的問題本質(zhì)上是非常復(fù)雜的。一些等級變化的問題涉及造紙機本身的性能。另一些與操作技術(shù)和不同操作者的方法有關(guān)。造紙機最通常的局限性是機器速度或汽壓——即機器的烘干能力——或二者都是。速度限制或遲緩的烘干響應(yīng)會是獲得更快等級變化的主要限制因素。有時候，漿料容量或備料供給也會成為限制因素。對于具有加壓原料箱和長網(wǎng)線(Fourdrinierwire)的機器來說，原料箱的響應(yīng)速度和干線(dryline)動態(tài)對等級變化的執(zhí)行經(jīng)常是至關(guān)重要的。通常，機器操作者的經(jīng)驗和知識在進行等級變化的過程中扮演了關(guān)鍵角色。一個缺少過程知識或操作經(jīng)驗的操作者傾向于以一種不協(xié)調(diào)的順序進行所需的變化并在進行任何進一步的調(diào)整之前等待結(jié)果響應(yīng)。由于過程動態(tài)和傳送延遲時限對于這樣一個轉(zhuǎn)換來說可變得完全不同步，過程會經(jīng)受一系列不必要的振蕩。在最壞的情形下，會發(fā)生紙張斷裂并且生產(chǎn)將中斷。所嘗試的手動校正措施能延長等級變化操作或?qū)е聼o規(guī)律的等級變化而不是校正那些問題。即使是經(jīng)驗豐富的操作者，通常每個操作者也會用轉(zhuǎn)換過程中不同的設(shè)置、不同的執(zhí)行順序和不同的調(diào)整來達到同樣的等級變化。因此，需要一個標(biāo)準(zhǔn)的操作程序來得到協(xié)調(diào)很好的等級變化，它可以讓一臺機器的所有操作者一致使用。本申請的發(fā)明者已認(rèn)識到響應(yīng)于紙張重量和濕度的原料箱瞬態(tài)的新模擬和控制能有效地改進造紙機控制并能充當(dāng)?shù)燃壸兓囊环N標(biāo)準(zhǔn)操作程序的基礎(chǔ)。本申請的發(fā)明的對紙張重量和濕度的原料箱瞬態(tài)偏離的新穎性模擬和控制有效地推進了造紙機的性能，包括，例如，在等級變化和速度變化過程中。申請者模擬了作為兩組時間常數(shù)和停滯時間延遲的響應(yīng)的原料箱瞬態(tài)。一組代表了具有更快響應(yīng)動態(tài)的更短延遲、快模式的濕度和重量瞬態(tài)，另一個模擬了具有更短動態(tài)的更長延遲、慢模式的濕度和重量瞬態(tài)?？旌吐Ｊ降幕旌蠘?gòu)成了對造紙機轉(zhuǎn)換過程中的原料箱變化導(dǎo)致的重量和濕度的瞬態(tài)偏離的控制的基礎(chǔ)。對造紙機備料閥操作測定動態(tài)和時間延遲，備料閥依照備料閥動態(tài)模型和原料箱瞬態(tài)模型進行控制以補償所制造的一卷紙中原料箱變化所導(dǎo)致的重量和濕度變化。參照附隨的附圖和權(quán)利要求，從下面的描述將能很明顯地看出本發(fā)明的特色和優(yōu)點。圖1A-1H為示出總原料(totalhead)階躍變化(也就是通常所說的顛簸試驗)的瞬態(tài)響應(yīng)；圖2與圖1E相同，只是比例尺更大，示出總原料顛簸試驗的重量動態(tài)響應(yīng)；圖3示出了依照本發(fā)明的用備料調(diào)整進行的總原料協(xié)調(diào)控制；圖4示出了一個包括需要結(jié)合總原料控制的速度變化的本發(fā)明的完全協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)；圖5為包括本發(fā)明的等級變化協(xié)調(diào)的完全方塊圖；以及圖6A-6J和7A-7J為示出包括本發(fā)明的所公開的轉(zhuǎn)換控制特性的示意性波形。本發(fā)明通常適用于造紙機的控制，然而，這里將參考進行等級變化——即當(dāng)機器從制造某一等級的紙張變化到制造另一等級的紙張時——的控制(由于它尤其適用并且是最初所使用的)來描述本發(fā)明。通過對造紙機動態(tài)的分析，申請者發(fā)現(xiàn)不同機器變量的動態(tài)能以特殊的方式進行控制以在機器等級變化的過程中互相補償。當(dāng)監(jiān)控大量過程參數(shù)或過程變量時，將在此參考等級變化過程中最感興趣且有效的變量來描述本發(fā)明。這些變量包括漿流、烘干器汽壓、機器速度和原料箱液位以及原料箱總原料壓。當(dāng)其它變量的控制也要用于自動等級變化操作中時，已識別的變量具有主要的影響從而將在此描述以使自動等級變化能應(yīng)用本發(fā)明。設(shè)計數(shù)據(jù)記錄操作來自動記錄過程數(shù)據(jù)。執(zhí)行兩種數(shù)據(jù)記錄第一種數(shù)據(jù)記錄器記錄穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，第二種數(shù)據(jù)記錄器記錄等級變化過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)。理想上，對與一個特定的等級，每個過程參數(shù)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)作為整個等級運轉(zhuǎn)周期(但不包括主要的干擾，例如紙張斷裂、無效測量或傳感器故障)中過程參數(shù)的平均來計算。數(shù)據(jù)記錄操作在機器工作于每個等級時計算運轉(zhuǎn)平均和可變性(標(biāo)準(zhǔn)偏離)。等級名、等級持續(xù)時間，以及開始時間也和所有過程變量一起被收集在一起。假定機器能工作于相同的條件下以制造相同等級的紙張，歷史上的穩(wěn)態(tài)過程數(shù)據(jù)幫助建立新等級的好的近似操作變量值。為了外推出一個新等級的操作條件，從這些穩(wěn)態(tài)過程變量建立了模型。以下將描述穩(wěn)態(tài)模擬。設(shè)計第二數(shù)據(jù)記錄器來記錄等級變化過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)。這樣，第二數(shù)據(jù)記錄器捕捉并存儲每幾秒鐘內(nèi)的過程變量。只要一進行等級變化，第二數(shù)據(jù)記錄器馬上被激活。等級變化期間的一個最普通的現(xiàn)象就是不規(guī)則的重量和濕度變化。通常，重量和濕度在等級變化開始后不久急劇地變化，并且如果反饋控制回路沒有啟動來追蹤轉(zhuǎn)換偏離，它們將慢慢逼近新的穩(wěn)態(tài)水平。如果反饋控制回路在等級變化過程中啟動，則反饋控制將被誤導(dǎo)并引起更多不必要的過程偏離。這樣的不規(guī)則過程變化被認(rèn)為與發(fā)生在烘干器部分的傳送現(xiàn)象有關(guān)。通常相信，機器速度變化導(dǎo)致的不均勻烘干造成了轉(zhuǎn)換過程中的水分失調(diào)。然而，基于申請者在造紙機上進行的實驗測試，原料箱總原料壓的動態(tài)被確定是這種過程失調(diào)的主要原因。一種減少這些過程失調(diào)的新策略依賴于變化漿流來補償總原料和機器速度變化的影響。這個特殊的方法導(dǎo)致造紙機等級變化穩(wěn)定性的極大提高。這樣，本申請?zhí)貏e地集中于造紙機漿料中發(fā)生的瞬態(tài)重量和濕度偏離的模擬和控制。對總原料變化所導(dǎo)致的漿料重量和濕度瞬態(tài)偏離的模擬和控制是本發(fā)明的關(guān)鍵部分。原料箱控制通常包括總原料、水位和干線控制(當(dāng)然液壓原料箱不會有水位控制)?？傇峡刂浦饕稍旒垯C速度來推動，以保持一個特定的噴嘴對管線速度比(jet-to-wirespeedratio)(或者說沖射-拖阻速度差(rush-dragspeeddifference))這樣的目標(biāo)，這對獲得像構(gòu)造和纖維取向這樣的所需的紙張?zhí)匦詠碚f是至關(guān)重要的。水位控制保持了原料箱中所需的液面位置以得到充分的混合并提供所需的原料箱壓力。干線控制使紙漿在管線上保持一段適當(dāng)?shù)南木嚯x。在這些控制回路保持在特定設(shè)置的穩(wěn)態(tài)操作期間，幾乎沒有它們的動態(tài)操作影響的跡象。然而，在等級變化期間，特別是變化機器速度時，這些控制回路的瞬態(tài)響應(yīng)會導(dǎo)致對等級變化或速度變化的很大的瞬態(tài)偏離。對總原料的階躍變化試驗(也就是通常所說的顛簸試驗)顯示了重量和濕度的瞬態(tài)響應(yīng)，如圖1A-1H所示。顛簸試驗結(jié)果表明，總原料變化導(dǎo)致重量和濕度在短時間內(nèi)——大約為7-8分鐘——的瞬態(tài)偏離，參見圖1E和1F?？傇想A躍變化并不會導(dǎo)致凈穩(wěn)態(tài)變化。改瞬態(tài)動態(tài)已被確定是發(fā)生在許多等級變化中的過程失調(diào)的主要原因。圖1E和1F中所示的重量和濕度的瞬態(tài)響應(yīng)無法用簡單的一階時間常數(shù)和停滯時間延遲來模擬。本申請用兩組動態(tài)的組合來模擬這種瞬態(tài)響應(yīng)快模式和慢模式，在圖2中分別用102和104表示?？炷Ｊ接酶痰难舆t和更快的響應(yīng)動態(tài)來模擬，慢模式用更長的延遲和更慢的動態(tài)來表示。這兩種模式見于圖2中，它與圖1E相同，只是比例尺更大。這兩種響應(yīng)模式具有相同的穩(wěn)態(tài)增加量級但是反號。這樣，在穩(wěn)態(tài)時，總原料變化的凈影響為零。這種模型很好地解釋了原料箱瞬態(tài)行為。重量w(s)和濕度m(s)相應(yīng)于總原料h(s)、Ghw(s)和Ghm(s)變化的瞬態(tài)響應(yīng)模型表達為Ghw(s)=w(s)h(s)=ghw(e-Th1sτh1s+1-e-Th2sτh2s+1)e-Thds---(1)]]>Ghm(s)=m(s)h(s)=ghm(e-Th1sτh1s+1-e-Th2sτh2s+1)e-Thds---(2)]]>其中g(shù)hw和ghm分別為重量(w)和濕度(m)關(guān)于總原料變化(h)的增加。整個本申請中的符號將示出與剛才所定義的增加ghw和ghm相一致的下標(biāo)控制變量和上標(biāo)響應(yīng)變量。Thd為關(guān)于總原料變化(h)的依賴于速度的傳送延遲(d)。Th1和τh1為較快響應(yīng)模式的純延遲和時間常數(shù)。Th2和τh2為較慢響應(yīng)模式的純延遲和時間常數(shù)。所有這些參數(shù)需要由總原料顛簸試驗來確定。對于原料箱的總原料顛簸試驗，眾所周知，當(dāng)對總原料壓進行顛簸試驗時，重量、濕度、機器速度、沖射/拖阻(rush/drag)，以及切片(如果有的話)反饋控制回路必須置于手動控制模式。為了控制總原料變化導(dǎo)致的重量和濕度瞬態(tài)偏離，本申請的等級變化控制特征需要其他控制變量——例如漿流、汽壓和機器速度——的動態(tài)響應(yīng)。對這些控制變量進行的顛簸試驗給出了過程完全的動態(tài)響應(yīng)。作為本申請的一個方面，漿流變化的重量和濕度響應(yīng)可模擬為Guw(s)=w(s)u(s)=guwe-Tusτus+1e-Tuds---(3)]]>Gum(s)=m(s)u(s)=gume-Tusτus+1e-Tuds---(4)]]>類似地，機器速度變化的直接重量和濕度響應(yīng)表示為Gvw(s)=w(s)v(s)=gvwe-Tvwsτvws+1e-Tvdws---(5)]]>Gvm(s)=m(s)v(s)=gvme-Tvmsτvms+1e-Tvdms---(6)]]>同樣，汽壓變化地濕度響應(yīng)為Gpm(s)=m(s)p(s)=gpme-Tpsτps+1e-Tpds---(7)]]>其中，u、v和p分別代表漿流變化、機器速度和汽壓的變化?？偟膩碚f，造紙機完整的動態(tài)模型可表示為w(s)m(s)j(s)=Guw(s)0Ghw(s)Gum(s)Gpm(s)Ghm(s)00Ghj(s)u(s)p(s)h(s)+Gvw(s)Gvm(s)Gvj(s)v(s)---(8)]]>或w(s)m(s)j(s)=G1(s)u(s)p(s)h(s)+G2(s)v(s)---(9)]]>其中w(s)為干重變化(gsm或lb/ream)m(s)為濕度變化(％)j(s)為噴嘴對管線的速度之比或差的變化u(s)為漿流變化(lpm或gpm)p(s)為汽壓變化(psi或pa)h(s)為原料箱中總原料壓的變化(m或in)v(s)為機器速度變化(meter/min或ft/min)以及Ghj(s)=ghje-Thjsτhjs+1---(10)]]>Gvj(s)=gvje-Tvjsτvjs+1---(11)]]>對于一臺典型的造紙機來說，以上的參數(shù)并不是完全獨立的。下面這些條件通常是成立的τuw＝τum＝τuTuw＝Tum＝TuTh1＜Th2以及Guw(s)Gum(s)=Ghw(s)Ghm(s)]]>即GuwGhm-GumGhw=0---(12)]]>閥門位置對流速的非線性導(dǎo)致不一致的機器方向(MD)控制性能，因為重量響應(yīng)增益對不同等級變化很大。通過加入基于閥門特性曲線的對照表(look-uptable)，可修正非線性。在加入此對照表之后，控制就基于從此表中推斷出的漿流速率。漿流速率轉(zhuǎn)換成閥門位置來顯示，操作者所進行的任何閥門位置變化被轉(zhuǎn)換成基于同一個對照表的漿流速率。漿料閥非線性的修正不僅使成功的等級變化的實現(xiàn)成為可能，而且為等級上調(diào)節(jié)(on-graderegulation)直接改進了機器方向(MD)重量控制。本發(fā)明的等級變化控制的方面主要集中在兩個領(lǐng)域瞬態(tài)偏離控制和穩(wěn)態(tài)模擬。瞬態(tài)減少的實施被應(yīng)用到總原料控制、速度變化協(xié)調(diào)，以及等級變化協(xié)調(diào)上。穩(wěn)態(tài)模擬的目的是為新等級得出一組逼真的操作條件，它基于一臺造紙機歷史上的等級數(shù)據(jù)。有了機器已制造的不同等級的歷史數(shù)據(jù)，可提出等級變化模型來定義機器操作條件和等級目標(biāo)之間的關(guān)系。利用這些模型，本申請設(shè)計了生產(chǎn)新等級所需的操作條件。利用這些歷史數(shù)據(jù)，得出了基于靜態(tài)等級變化數(shù)據(jù)最小二乘擬合的新的汽壓模型。對不同等級變化而不同的靜態(tài)汽壓由下面的式子計算Δp=1gpm(Δm)-gvmgpm(Δv)-gumguwgpm(Δw)+gvwgumguwgpm(Δv).---(13)]]>其中，gpm、gum和gvm分別為關(guān)于汽壓、漿流和機器速度的濕度(m)增加，而guw和gvw分別為關(guān)于漿流和機器速度的重量(w)增加。參數(shù)gpm、gum和gvm的最小二乘估計量可以通過整理等式(13)得到。結(jié)果是Δp=c1(Δm)-c2(Δv)-c3[1guw(Δw)-gvwguw(Δv)],--(14)]]>其中含有三個回歸系數(shù)c1、c2和c3，它們的定義如下，c1=1gpm,c2=gpmgpm,andc3=gumgpm.---(15)]]>最小二乘誤差回歸得出系數(shù)gpm、gum和gvm?；貧w并不是要試圖估計guw和gvw。相反，是從造紙機上纖維材料的物理平衡來計算參數(shù)guw和gvw。在式(15)中確定的參數(shù)gpm、gum和gvm與那些用于調(diào)整控制的不同，它們是用來計劃新等級所需的蒸汽水平的。基于原料箱和漿流響應(yīng)的動態(tài)，可通過適當(dāng)?shù)刈兓瘽{流速率來有效地消除總原料變化所引起的瞬態(tài)偏離。如果wh(s)為總原料變化h(s)引起的干重響應(yīng)，wu(s)為補償漿流調(diào)整uh(s)的干重響應(yīng)，那么wh(s)=Ghw(s)h(s)=ghw(e-Th1sτh1s+1-e-Th2sτh2s+1)e-Thds(s)---(16)]]>以及wu(s)=Guw(s)uh(s)=guwe-TUsτus+1e-Tudsuh(s)---(17)]]>瞬態(tài)補償?shù)哪康氖鞘箇h(s)+wu(s)＝0，即，wh(s)+wu(s)=Ghw(s)h(s)+Guw(s)uh(s)=0---(18)]]>或uh(s)h(s)=-Ghw(s)Guw(s)]]>(19)=-ghwguw[τus+1τh1s+1-τus+1τh2s+1e(Th1-Th2)s]e(Tu-Th2)se(Tud-Thd)s]]>由于總原料調(diào)節(jié)器和漿料閥都位于濕端(wet-end)，它們依賴于速度的傳送延遲被假設(shè)為是相同的，即，Tud＝Thd。漿料閥通常位于總原料調(diào)節(jié)器(例如風(fēng)扇泵、流量閥或旁路閥)位置的上游，停滯時間Tu通常大于Th1。為了協(xié)調(diào)u和h的變化，h延遲了一個等于Tu-Th1的時間間隔，并且u依照下面的轉(zhuǎn)移函數(shù)變化uh(s)=-ghwguw[τus+1τh1s+1-τus+1τh2s+1e(Th1-Th2)s]h(s)e(Tu-Th1)s---(20)]]>=Chu(s)h(s)e(Tu-Th1)s]]>其中，Chu(s)=-ghwguw[τus+1τh1s+1-τus+1τh2s+1e(Th1-Th2)s].---(21)]]>對濕度的瞬態(tài)偏離也可作出類似的補償。實際上，漿流和總原料變化對重量和濕度的影響是成比例的，即，ghwguw=ghmgum.---(22)]]>因此，用調(diào)整過的漿料變化來補償總原料變化可同時消除重量和濕度的瞬態(tài)偏離。為了總原料變化的需要，動態(tài)調(diào)整的漿料變化應(yīng)該在總原料變化之前Tu-Th1的時間處作出。換句話說，每次總原料變化應(yīng)當(dāng)比補償?shù)臐{流變化要推遲Tu-Th1的時間。調(diào)整的漿料調(diào)節(jié)包括兩部分，一部分補償較快響應(yīng)而另一部分補償較慢響應(yīng)。這兩部分互相抵消，結(jié)果沒有凈的穩(wěn)態(tài)重量或濕度變化。這個執(zhí)行過程形成了消除重量和濕度瞬態(tài)偏離的補償控制的基礎(chǔ)。該補償控制示于圖3中。切片口(sliceopening)的變化也能和總原料變化導(dǎo)致同樣類型的重量和濕度瞬態(tài)偏離。因此，切片口和漿料閥之間類似的調(diào)整也可用來補償這些偏離。漿流對總原料的補償是速度變化調(diào)整和等級變化瞬態(tài)減少的關(guān)鍵。速度變化調(diào)整的主要目的是當(dāng)為調(diào)節(jié)產(chǎn)量這樣的目的而使機器速度提高或降低時保持不受干擾的紙張?zhí)匦?，例如重量和濕度。?dāng)機器速度變化發(fā)生時，原料箱中的總原料壓必須相應(yīng)變化以保持所希望的噴嘴比管線的目標(biāo)。在整個原料中速度對紙張重量和濕度的間接影響在過去常常被看作一個速度變化征兆。在本發(fā)明中，這樣的偏離被當(dāng)作總原料壓變化的副作用，而前述的總原料補充控制被用來消除瞬態(tài)偏離。正如上面對總原料補償控制的描述，任何一個總原料變化的請求必須推遲一個Tu-Th1的時間間隔，以使?jié){料補償首先發(fā)生。作為總原料調(diào)整的結(jié)果，對任何速度變化請求，機器速度的實際變化也必須推遲一個Tu-Th1的時間間隔。對來自速度變化的直接響應(yīng)，前饋(FF)補償與調(diào)整一起進行，因而wv(s)+wu(s)=Gvw(s)v(s)+Guw(s)uv(s)=0---(23)]]>或uv(s)=-gvwguwτus+1τvws+1v(s)e(Tu+Tud-TVw-Tvdw)s=Cvu(s)v(s)e(Tu+Tud-Tvw-Tvdw)s---(24)]]>其中Cvu(s)=-gvwguwτus+1τvws+1---(25)]]>依賴于符號Tu+Tud-Tvw-Tvdw，為補償速度變化的直接影響的已調(diào)整漿料變化可在速度變化之前或之后作出。通常，Tvw+Tvdw＜Tu+Tud，因而對于一個速度變化請求，漿料閥必須馬上根據(jù)uv(s)＝Cvu(s)v(s)而變化，并且速度變化要推遲Tu+Tud-Tvw-Tvdw的一段時間。所要的總原料變化應(yīng)當(dāng)與速度變化同步以保持噴嘴比管線的目標(biāo)。然而，要補償所期望的總原料變化的漿流必須在實際的原料變化Tu-Th1長的一段時間之前進行，像上面所描述的那樣。實際上，應(yīng)當(dāng)指出通常τvw比τu小很多，因而uv(s)可以非常的迅速。為得到更平滑的變化，速度變化v(s)和漿料變化uv(s)都可以用一個濾子Fs(s)來修正，因而加到速度和漿料上的實際的變化將是vf(s)＝Fs(s)v(s)其中，F(xiàn)s(s)=1τss+1---(26)]]>和uvf(s)=Fs(s)Cvu(s)v(s)e(Tu+Tud-TVW-Tvdw)s---(27)]]>類似地，如果速度對濕度有直接的影響，那么機器速度對汽壓的調(diào)整將必須以類似的方式進行調(diào)整mv(s)+mp(s)=Gvm(s)v(s)+Gpm(s)pv(s)=0---(28)]]>或pv(s)=-gvmgpmτps+1τvms+1v(s)e(Tp+Tpd-Tvm-Tvdm)s]]>(29)=Cvp(s)v(s)e(Tp+Tpd-Tvm-Tvdm)s]]>其中Cvp(s)=-gvmgpmτps+1τvms+1---(30)]]>在速度變化上加上平滑濾子后，相應(yīng)的汽壓變化將是pvf(s)=Fs(s)Cvp(s)v(s)e(Tp+Tpd-Tvm-Tvdm)s---(31)]]>依賴于漿料對速度和蒸汽對速度的相關(guān)停滯時間延遲和傳送延遲，漿料或蒸汽補償將首先進行。例如，如果Tu+Tud-Tvw-Tvdw>Tp+Tpd-Tvm-Tvdm---(32)]]>那么漿料補償應(yīng)當(dāng)比蒸汽補償提前下面一段時間進行Tpu=(Tu+Tud-Tvw-Tvdw)-(Tp+Tpd-Tvm-Tvdm)---(33)]]>通常，漿料變化也導(dǎo)致濕度響應(yīng)。所以，漿料變化應(yīng)當(dāng)是蒸汽壓控制的前饋以補償漿料變化的影響，如下進行mu(s)+mp(s)=Gum(s)u(s)+Gpm(s)pu(s)=0---(34)]]>或pu(s)=-gumgpmτps+1τus+1u(s)e(Tp+Tpd-Tu-Tud)s=Cup(s)u(s)---(35)]]>其中Cup(s)=-gumgpmτps+1τus+1---(36)]]>并且汽壓和漿流調(diào)整為Tup＝Tp+Tpd-Tu-Tud.(37)基于多端輸入和多端輸出的造紙機模型，普遍的調(diào)整速度變化控制可表達為uv(s)pv(s)hv(s)=-G1-1(s)G2(s)v(s)=-[G1-1(s)G2(s)e-Tvs][v(s)eTvs]=-[G1-1(s)G2(s)e-Tvs]v'(s)]]>其中，v'(s)=v(s)eTvs]]>或v(s)=v'(s)e-Tvs]]>，Tv為使[G1-1(s)G2(s)e-Tvs]]]>可行的延遲時間。v’(s)激活應(yīng)用到漿流、汽壓、總原料和機器速度控制器的調(diào)整變化的變化。在漿流、汽壓和總水頭控制器中的一個立即接收到變化v’(s)。其它的控制器隨相應(yīng)的延遲接收到v’(s)。施加到速度控制器上的實際機器變化v(s)比v’(s)延遲Tv那么長的時間。在實際應(yīng)用中，出現(xiàn)在上面的調(diào)整中的超前滯后項會導(dǎo)致非常規(guī)的迅速和不現(xiàn)實的動作。為減小這類影響，可在Δv(s)上加上平滑函數(shù)Fs(s)v’(s)＝Fs(s)Δv，因而上面的調(diào)整是切實可行的。圖4的框圖示出了速度變化所需的與總原料補償控制結(jié)合的完全調(diào)整了的控制系統(tǒng)。等級變化的最終目的是當(dāng)造紙機從一組操作條件變化到一組新的操作條件以制造新等級紙張時，實現(xiàn)平滑的轉(zhuǎn)換。在所有過程變量中的調(diào)整比速度變化調(diào)整所需的更為復(fù)雜。速度變化可看作普遍的等級變化中的一個特例，其中重量和濕度目標(biāo)都沒有變化。對與一個給定的等級變化，機器速度的總原料、漿流和汽壓調(diào)整基本上與總原料速度變化的調(diào)整相同；然而，重量和/或濕度目標(biāo)變化需要附加的漿料和/或蒸汽調(diào)節(jié)。這些附加的調(diào)節(jié)緊接在機器速度調(diào)整之后。假設(shè)r(s)為等級變化所需要的主要差距(masterramp)并且所有其它差距變化(rampingchange)與r(s)如下關(guān)聯(lián)Δw(s)=Frw(s)r(s)Δw---(38)]]>Δm(s)=Frm(s)r(s)Δm---(39)]]>Δv(s)=Frv(s)r(s)Δv---(40)]]>Δj(s)=Frj(s)r(s)Δj---(41)]]>其中Frw(s)=1τrws+1]]>Frm(s)=1τrms+1]]>Frj(s)=1τrjs+1]]>Frv(s)=1τrvs+1]]>漿流和汽壓的協(xié)調(diào)變化為Δu(s)=Frw(s)Guw(s)r(s)Δw-Gvw(s)Guw(s)Frv(s)r(s)Δv---(42)]]>=Cru(s)r(s)Δw-Cvu(s)Frv(s)r(s)Δv]]>Δp(s)=Frm(s)Gpm(s)r(s)Δm-Gvm(s)Gpm(s)Frv(s)r(s)Δv-Gum(s)Gpm(s)Δu(s)---(43)]]>=Crp(s)r(s)Δm-Cvp(s)Frv(s)r(s)Δv-Cvp(s)Δu(s)]]>其中，Cru(s)=Frw(s)Guw(s)andCrp(s)=Frm(s)Gpm(s),---(44)]]>Δu(s)和Δp(s)的表達式42和43中的第一項與重量和濕度上的目標(biāo)變化有關(guān)；第二項涉及速度變化；而Δp(s)中的第三項為漿料變化的補償。第二項和第三項都在速度變化調(diào)整中都已處理了。只有Δu(s)和Δp(s)中的第一項需要另外加到速度變化調(diào)整上以得到完整的等級變化調(diào)整。利用此完全的多端輸入和多端輸出模型，普遍的等級變化調(diào)整表達為u(s)p(s)h(s)={[G1-1(s)G2(s)e-TrsFrv(s)Δv][e-(Tr-Tv)s]+G1-1(s)Frw(s)e-TrsΔwFrm(s)e-TrsΔmFrj(s)e-TrsΔj}r'(s)---(45)]]>其中r'(s)=r(s)eTrs]]>或r(s)=r'(s)e-Trs]]>，并加上延遲時間Tr來使[G1-1(s)G2(s)e-Trs]]]>可行。啟動差距r’(s)為將激活漿流、汽壓、總原料和機器速度控制器所需的變化的普通啟動差距。啟動差距r(s)則為重量、濕度、噴嘴對管線速度比以及機器速度的期望差距。等級變化調(diào)整的完整框圖示于圖5中。普遍的表述和框圖示于附件中。為簡化應(yīng)用，差距濾子(rampingfilter)可選為Frw(s)=Frm(s)=Frv(s)=Frj(s)=1τrs+1---(46)]]>其中τr=max(τu,τvw,τvm,ατp)]]>0＜α＜1α為調(diào)諧參數(shù)除圖5的框圖所示的調(diào)整之外，認(rèn)識到下面一點也是重要的上面那些式子中的響應(yīng)模型可隨不同的操作條件而變化。特別地，在漿料、蒸汽和機器速度通過等級變化變到新的操作條件下時，響應(yīng)增益和依賴于速度的傳送延遲必須修改。所公開的轉(zhuǎn)換控制的實行由圖6A-6J和圖7A-7J中的例子來演示。這些附圖示出了使用和不使用改轉(zhuǎn)換控制特征的可比較的等級變化。圖6A-6J示出機器速度增加和干重減少的等級變化，左邊的圖6A-6E沒使用等級轉(zhuǎn)換控制而右邊的圖6F-6J使用了等級轉(zhuǎn)換控制；而圖7A-7J示出機器速度降低和干重增加的等級變化，左邊的圖7A-7E沒使用等級轉(zhuǎn)換控制而右邊的圖7F-7J使用了等級轉(zhuǎn)換控制。圖7A-7E的等級變化在機器速度和干重變化上與圖7F-7J的等級變化可比。這些附圖從上到下示出了基本重量、施膠濕度、卷軸濕度、機器速度和漿流的轉(zhuǎn)變。實線為實測值而虛線為目標(biāo)值。在這些附圖中，兩個可比的等級變化并排放置來進行比較，它們之間的主要差別是轉(zhuǎn)換中的過程變量。不使用等級轉(zhuǎn)換控制，重量、施膠濕度和卷軸濕度在等級變化過程中顯著偏離目標(biāo)(虛線)。使用等級轉(zhuǎn)換控制，偏離充分減小了。這些差別主要歸因于在每次等級變化開始時加到漿流上的新的補償。比較附圖兩列中的漿流，可在施加了等級變化控制的圖6J和7J的右邊一列中看到附加的漿料補償。所需的定時調(diào)整和補償?shù)闹亓扛鶕?jù)上面的描述而定。這樣詳細地并參照其具體實施方案描述了本申請的發(fā)明之后，很顯然，只要不超出權(quán)利要求中所規(guī)定的本發(fā)明的范圍，修改和變化都是可行的。權(quán)利要求1.對造紙機所制造的一張紙的重量和濕度進行原料箱瞬態(tài)響應(yīng)模擬和控制的方法，所述的方法包括下面的步驟確定原料箱變化造成的快模式重量和濕度響應(yīng)(102)；確定原料箱變化造成的慢模式重量和濕度響應(yīng)(104)；為原料箱變化構(gòu)造原料箱重量和濕度瞬態(tài)模型，作為所述的快模式重量和濕度響應(yīng)以及慢模式重量和濕度響應(yīng)的組合；確定所述的造紙機漿流運行的漿料重量和濕度響應(yīng)模型；以及根據(jù)所述的漿料重量和濕度響應(yīng)模型以及原料箱重量和濕度瞬態(tài)模型控制所述漿流，以補償原料箱變化所導(dǎo)致的該張紙的重量和濕度變化。2.對根據(jù)權(quán)利要求1制造的一張紙的重量和濕度進行原料箱瞬態(tài)響應(yīng)模擬和控制的方法，其中所述的確定快模式重量和濕度響應(yīng)的步驟(102)包括下面的步驟確定加到所述的原料箱上的階躍變化所導(dǎo)致的重量和濕度響應(yīng)；對所述的快模式重量和濕度響應(yīng)設(shè)置一個時間延遲，它等于從將所述階躍變化加到所述原料箱上直到第一重量和濕度響應(yīng)時的第一時間周期；測量所述的重量和濕度響應(yīng)從開始值到峰值的第一變化速率；以及對所述的快模式重量和濕度響應(yīng)設(shè)置一個時間常數(shù)和過程增益，以對應(yīng)所述重量和濕度響應(yīng)的所述第一變化速率。3.對根據(jù)權(quán)利要求1制造的一張紙的重量和濕度進行原料箱瞬態(tài)響應(yīng)模擬和控制的方法，其中所述的確定慢模式重量和濕度響應(yīng)的步驟(104)包括下面的步驟確定加到所述的原料箱上的階躍變化所導(dǎo)致的重量和濕度響應(yīng)；對所述的慢模式重量和濕度響應(yīng)設(shè)置一個時間延遲，它等于從將所述階躍變化加到所述原料箱上直到相應(yīng)于一個重量和濕度響應(yīng)峰值的時刻的第二時間周期；測量所述的重量和濕度響應(yīng)從峰值到穩(wěn)定狀態(tài)值的第二變化速率；以及結(jié)合所述的快模式重量和濕度響應(yīng)模型對慢模式重量和濕度響應(yīng)設(shè)置一個時間常數(shù)和過程增益，以對應(yīng)所述重量和濕度響應(yīng)的第二變化速率。4.對根據(jù)權(quán)利要求1制造的一張紙的重量和濕度進行原料箱瞬態(tài)響應(yīng)模擬和控制的方法，進一步包括設(shè)置原料箱變化導(dǎo)致的重量瞬態(tài)模型等于下面式子的步驟Ghw(s)=w(s)h(s)=ghw(e-Th1sτh1s+1-e-Th2sτh2s+1)e-Thds]]>所述的原料箱變化導(dǎo)致的濕度瞬態(tài)模型等于下面的式子Ghm(s)=m(s)h(s)=ghm(e-Th1sτh1s+1-e-Th2sτh2s+1)e-Thds]]>其中Ghw(s)為相對于原料箱變化的重量瞬態(tài)響應(yīng)，Ghm(s)為相對于原料箱變化的濕度瞬態(tài)響應(yīng)，w(s)為重量變化的轉(zhuǎn)移函數(shù)，m(s)為濕度變化的轉(zhuǎn)移函數(shù)，h(s)為原料箱總原料變化的轉(zhuǎn)移函數(shù)，ghw為重量增益因子，ghm為濕度增益因子，Th1等于所述的第一時間周期，τh1等于所述的第一變化速率，Th2等于所述的第二時間周期，τh2等于所述的第二變化速率，Thd為依賴于速度的傳送延遲。5.對根據(jù)權(quán)利要求1制造的一張紙的重量和濕度進行原料箱瞬態(tài)響應(yīng)模擬和控制的方法，其中控制所述的漿流來補償該張紙中重量和濕度變化的步驟包括根據(jù)下面的轉(zhuǎn)移函數(shù)控制漿流的步驟uh(s)=-[ghwguw[τus+1τh1s+1-τus+1τh2s+1e(Th1-Th2)s]e(Tu-Th1)se(Tud-Thd)s]h(s)]]>或uh(s)=-[ghmgum[τus+1τh1s+1-τus+1τh2s+1e(Th1-Th2)s]e(Tu-Th1)se(Tud-Thd)s]h(s).]]>全文摘要以兩組時間常數(shù)和停滯時間延遲的組合來模擬原料箱紙張重量和濕度的瞬態(tài)響應(yīng)。一組用較快響應(yīng)動態(tài)、快模式重量和濕度響應(yīng)代表較短的延遲，另一組用較慢動態(tài)、遲滯模式重量和濕度響應(yīng)來模擬較長的延遲。通過組合快模式重量和濕度響應(yīng)以及遲滯模式重量和濕度響應(yīng)為原料箱變化構(gòu)造了重量和/或濕度瞬態(tài)模型。為造紙機的漿流運行確定了漿料重量和濕度動態(tài)以及延遲時間模型，漿流根據(jù)漿料重量和/或濕度模型以及原料箱重量瞬態(tài)和/或濕度瞬態(tài)模型來控制以補償所制造的一張紙中重量和濕度的改變，此重量和濕度的改變由原料箱改變所導(dǎo)致。文檔編號D21F7/00GK1419619SQ01807135公開日2003年5月21日申請日期2001年3月14日優(yōu)先權(quán)日2000年3月24日發(fā)明者陳世欽,蒂莫西·F·墨菲申請人:Abb公司