本發(fā)明涉及基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，屬于膨脹煙絲生產(chǎn)自動(dòng)化控制。

背景技術(shù)：

1、膨脹煙絲含水率控制是保證煙絲品質(zhì)的關(guān)鍵因素。由于常規(guī)通過(guò)傳感器反饋煙絲重量的方法存在滯后性，需要提前對(duì)回潮前膨脹煙絲重量進(jìn)行估計(jì)。當(dāng)前，膨脹煙絲回潮前水分控制主要采用傳統(tǒng)pid水分反饋控制，無(wú)法消除系統(tǒng)較大的延遲對(duì)于水分控制精度的影響，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。據(jù)悉，在膨脹煙絲含水率控制的現(xiàn)有技術(shù)中，少有采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行估計(jì)建模；且若將未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)直接輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，或相關(guān)性較弱的數(shù)據(jù)作為估計(jì)模型輸入，由于數(shù)據(jù)相關(guān)性和數(shù)據(jù)不對(duì)齊等問(wèn)題，容易導(dǎo)致估計(jì)模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)、訓(xùn)練結(jié)果不理想的問(wèn)題，進(jìn)而影響估計(jì)精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，通過(guò)基于基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度改進(jìn)pid自適應(yīng)控制方法，達(dá)到縮小膨脹煙絲回潮前水分波動(dòng)范圍的效果。

2、為達(dá)到上述目的/為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

3、第一方面，本發(fā)明提供基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括：

4、獲取膨絲過(guò)程中的影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)；

5、將影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練好的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲取回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)值；

6、根據(jù)回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)值與回潮前膨脹煙絲水分目標(biāo)值之間的誤差，對(duì)膨絲過(guò)程中影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行pid調(diào)整，使膨脹煙絲回潮前水分保持在目標(biāo)值。

7、進(jìn)一步的，所述獲取膨絲過(guò)程中的影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)具體包括以下步驟：

8、采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法對(duì)設(shè)定批次的膨絲過(guò)程中的若干個(gè)樣本數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相關(guān)性分析，設(shè)定樣本數(shù)據(jù)和膨脹煙絲水分實(shí)際值為兩個(gè)變量，定義兩個(gè)變量的皮爾遜系數(shù)介于-1和1之間的樣本數(shù)據(jù)為影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)；

9、，

10、，

11、，

12、其中：為設(shè)定批次第i個(gè)回潮前膨脹煙絲水分實(shí)際值，為同批次中第i個(gè)數(shù)據(jù)樣本，為同批次樣本總數(shù)，為膨脹煙絲重量數(shù)的樣本均值，為樣本數(shù)據(jù)的樣本均值；

13、所述樣本數(shù)據(jù)為膨絲過(guò)程中的計(jì)量帶煙絲高度、熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)速、蒸汽流量、定量帶頻率其中的一種。

14、進(jìn)一步的，將設(shè)定批次膨絲過(guò)程中的影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)前70%數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，后30%數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)集。

15、進(jìn)一步的，所述徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練方法包括：

16、采用k-means聚類算法對(duì)訓(xùn)練集中的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將訓(xùn)練集中的樣本數(shù)據(jù)分為若干個(gè)簇，每個(gè)簇的質(zhì)心作為對(duì)應(yīng)隱藏層單元的中心向量；

17、根據(jù)各質(zhì)心之間的歐幾里得距離，計(jì)算每個(gè)隱藏單元的寬度參數(shù)；

18、對(duì)于訓(xùn)練集中的每個(gè)樣本數(shù)據(jù)，基于高斯徑向基函數(shù)計(jì)算其在所有隱藏單元上的激活值，并將這些激活值組合成隱含層輸出矩陣；

19、通過(guò)最小二乘法或梯度下降法，對(duì)輸出層的權(quán)重矩陣進(jìn)行優(yōu)化求解，優(yōu)化目標(biāo)是最小化膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)值與膨脹煙絲水分實(shí)際值之間的標(biāo)稱誤差小于5%；

20、通過(guò)不斷迭代調(diào)整中心向量、寬度參數(shù)及輸出層權(quán)重，優(yōu)化徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型性能，直到損失函數(shù)的值收斂或達(dá)到預(yù)定的最大迭代次數(shù)，獲得最終訓(xùn)練好的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

21、其中：高斯徑向基函數(shù)：

22、，

23、其中，為訓(xùn)練集中第j個(gè)樣本數(shù)據(jù)，為第個(gè)隱藏單元核函數(shù)的中心，

24、為第個(gè)隱藏單元核函數(shù)的寬度，為第的隱藏單元的徑向基函數(shù)。

25、進(jìn)一步的，所述根據(jù)回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)值與回潮前膨脹煙絲水分目標(biāo)值之間的誤差，對(duì)膨絲過(guò)程中影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行pid調(diào)整，使膨脹煙絲回潮前水分保持在目標(biāo)值具體包括以下步驟：

26、，

27、其中，表示比例參數(shù)，表示積分參數(shù)，表示微分參數(shù)，為自適應(yīng)調(diào)整系數(shù)；為膨脹煙絲回潮前水分目標(biāo)值，(t)為t時(shí)刻膨脹煙絲回潮前水分預(yù)測(cè)值，為t時(shí)刻膨脹煙絲回潮前水分目標(biāo)值與預(yù)測(cè)值的偏差值；為積分變量，為t時(shí)刻pid調(diào)整輸出值，為t時(shí)刻修正熱風(fēng)溫度的實(shí)際輸出值。

28、進(jìn)一步的，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法對(duì)設(shè)定批次的膨絲過(guò)程后的若干個(gè)樣本數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相關(guān)性分析前，需對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理與重構(gòu)，具體包括：

29、將樣本數(shù)據(jù)和回潮前膨脹煙絲水分實(shí)際值向后平移或向前平移設(shè)定的時(shí)間步長(zhǎng)，使得兩個(gè)變量之間的時(shí)滯被消除或減小，將不同單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過(guò)數(shù)據(jù)平滑處理消除數(shù)據(jù)的噪聲和雜波。

30、第二方面，本發(fā)明提供基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制裝置，包括：

31、獲取模塊：用于獲取膨絲過(guò)程中的影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)；

32、輸入模塊，用于將影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練好的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲取回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)值；

33、調(diào)整模塊，用于根據(jù)回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)值與回潮前膨脹煙絲水分目標(biāo)值之間的誤差，對(duì)膨絲過(guò)程中影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行pid調(diào)整，使膨脹煙絲回潮前水分保持在目標(biāo)值。

34、第三方面，本發(fā)明提供基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序/指令；

35、處理器，用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序/指令以實(shí)現(xiàn)上述的膨脹煙絲回潮前水分自適應(yīng)控制方法的步驟。

36、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述的膨脹煙絲回潮前水分自適應(yīng)控制方法的步驟。

37、第五方面，一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的膨脹煙絲回潮前水分自適應(yīng)控制方法的步驟。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)建模，將處理后的數(shù)據(jù)輸入徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，剔除相關(guān)性較弱的數(shù)據(jù)，解決了數(shù)據(jù)相關(guān)性和數(shù)據(jù)不對(duì)齊問(wèn)題對(duì)回潮前水分預(yù)測(cè)精度的影響，利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)能力，減弱了傳統(tǒng)pid控制中水分傳感器時(shí)滯的影響，提高了對(duì)膨脹煙絲回潮前水分的預(yù)測(cè)精度。

39、本發(fā)明通過(guò)將徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與pid控制相結(jié)合，提出了一種基于膨脹煙絲回潮前水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度在線自適應(yīng)控制方法，根據(jù)預(yù)測(cè)誤差對(duì)控制器系數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整，提高了熱風(fēng)溫度控制對(duì)回潮前水分的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，為滿足不斷變化的加工環(huán)境和生產(chǎn)需求的提供自適應(yīng)控制決策模型。

技術(shù)特征：

1.基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述獲取膨絲過(guò)程中的影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)具體包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，其特征在于，將設(shè)定批次膨絲過(guò)程中的影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)前70%數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，后30%數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)集。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)值與回潮前膨脹煙絲水分目標(biāo)值之間的誤差，對(duì)膨絲過(guò)程中影響膨脹煙絲水分因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行pid調(diào)整，使膨脹煙絲回潮前水分保持在目標(biāo)值具體包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制方法，其特征在于，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法對(duì)設(shè)定批次的膨絲過(guò)程的若干個(gè)樣本數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相關(guān)性分析前，需對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理與重構(gòu)，具體包括：

7.基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，

8.基于回潮前膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序/指令；

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~6中任一所述的膨脹煙絲回潮前水分自適應(yīng)控制方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~6中任一所述的膨脹煙絲回潮前水分自適應(yīng)控制方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種基于膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的熱風(fēng)溫度參數(shù)自適應(yīng)控制方法，將計(jì)量帶煙絲高度、熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)速、蒸汽流量、定量帶頻率等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，對(duì)回潮前煙絲水分的主要因素及其影響度進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，得出相關(guān)性較強(qiáng)的熱風(fēng)溫度和計(jì)量帶煙絲高度，將其作為膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)的輸入徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)行預(yù)測(cè)水分；將膨脹煙絲水分預(yù)測(cè)結(jié)果反饋至熱風(fēng)溫度控制環(huán)節(jié)，通過(guò)水分預(yù)測(cè)誤差自適應(yīng)調(diào)節(jié)PID控制器的熱風(fēng)溫度控制量，以改進(jìn)傳統(tǒng)PID控制性能受系統(tǒng)時(shí)滯影響的問(wèn)題，為提高膨脹煙絲回潮前水分跟蹤控制效果和縮小膨脹煙絲回潮前水分波動(dòng)范圍提供了熱風(fēng)溫度參數(shù)自適應(yīng)控制決策方法。

技術(shù)研發(fā)人員：邊騰飛,季琦,黎明星,焦凱旋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9