1配料係統概述

配料是飼料生產的關鍵工序, 其配料精度直接影響著飼料產品的質量, 由於落差 、 進料衝擊、工藝參數 、 物料性質等的變化 ,使配料係統的模型具有非線性和時變性 [ 1] 。為提高係統對環境變化的適應能力 ,改善或消除落差等因素對精度的影響, 本文采用了自適應方法,以使係統能及時跟上外界環境的變化, 同時對落差進行預測和配料量的逼近控製,以改善配料精度 。配料係統的主要設備是給料器和配料秤。進料量通過給料器電機的開斷來控製。此外 ,配料係統還包括對秤鬥和混合機卸料門開關的聯鎖控製。

工作時,兩台配料秤同時進料 ,計算機對兩台秤進行分時監控。給料器采用螺旋式 ,計算機通過相應的控製軟件 ,根據所編排的進料次序 ,順序控製各物料所對應給料器電機的啟停 。配料量的大小由配方計算決定。配方可由最優化方法算出 ,也可由人工計算後輸入計算機。整個控製係統由控製器( 計算機) 、 重量檢測裝置和執行機構等部分組成 ,如圖 2 所示。其中, 控製器是整個配料係統的核心, 它包括硬件及軟件兩部分。硬件由一台微型計算機( CPU80286) 、放大電路 、 接口電路等部分組成 。接口電路包括開關的輸入輸出電路及模擬量的輸入輸出電路 。而軟件則是在硬件的基礎上指揮整個配料係統有條不紊 、 準確無誤地工作。

    配料係統的軟件包括生產過程控製軟件和生產管理軟件兩部分 。生產過程控製可對多倉數秤的配料混合工藝進行監控 。控製軟件對溫度 、非線性、 滯後等誤差進行了補償; 數據采集采用了濾波程序 , 以提高配料精度。生產管理軟件由配方管理 、 料倉管理、報表管理、係統標定 、物料及營養管理、 參數設定等部分組成 ,它可配合生產過程控製程序進行配方的設計 、修改、 檢索及打印, 進行料倉編排 、進料順序設計 、 設置多倉進料 ,以及報表的檢索、打印 、 配料秤的標定、物料及營養成分的計算等 。通過生產管理程序, 可以實現靈活多樣、方便合理的控製形式 。

2控製算法

    由於給料器的開斷控製設備簡單、投資少，因此在飼料廠得到了廣泛應用。本文采用了應用較廣的開斷控製方式。對於配料精度的控製，關鍵在於適時地斷開給料器電機，使配料量盡量接近配料給定值。由於實際進料量與稱重采樣值之問有一差值（落差），因此，精度的控製又取次於對落差的估計。對於稱重過程，有：

y₀ =ax

y=a (x －τ)         (1)

式中，x——配料時間

       τ——落差時間

        y₀——x時刻的實際進料量

        y——x時刻的稱重采樣值

        a——參數；與給料器的結構、轉速、物料特性等因素有關。

因此，稱重過程的數學模型可寫成：

       y(k)=θ₁ +θ₂ x +θ₃ y(k－1)+ε(k)    (2)

式中，ε——殘差

         θ_i ——待定係數；i=1,2,3;

          k=1,2,3,…, 為采樣次數；

對m次采樣，有：      Y =Xθ+ε

式中，θ=[θ₁ ,θ₂ ,θ₃]^T

令J=ε^Tl作為目標函數，采用最小二乘法，當J取極小值時，求得

θ=（X^TX）^-1X^TY

為使參數能盡快跟隨係統，引入遺忘因子λ（λ< 1）,使

對於d步預測有：

       y(k +d )= θ₁ +θ₂ (k +d )T+θ₃ y( k+ d －1)

設|△|為配料允許誤差的絕對值，y_d為配料給定值，喂料電機的狀態為：

采用式    y _s ( k) =y( k) +∑E              ( 3)

對Tk+τ時刻的進料量進行預測。

式中 　 ∑E =e _d +e _j +E ; 　

 E —上一配料周期的預測偏差 ;

e _d —上一配料周期的配料偏差; 　

e _j —采樣點的靜態誤差 。

令    P _k =y _d -y _s ( k +d)

P _{k +1} =y _d -y _s ( k +d +1)

則控製規則為

①IF  P _k > |Δ| 　 THEN Z =1;

    即如果進料量離配料給定仇距離大於允差，則給料電機保持開啟狀態；

②IF  P _k <0　 THEN Z =0;

    即如果進料量離配料給定恤距離小於0，則斷開給料電機，停止進料；

③IF  0

_k < |Δ| 　 THEN

  IF P_k+1 >0 THEN Z=1;

      ELSE IF  |P_k+1|> |P_k|  THEN  Z=0；

     ELSE  Z=1

    上一規則表明，若進料量距終點距離小於0且小於允差，則再預測下次采樣的進料量，若進料量仍大於0，則電機保持開啟Z=I，若小於0，如果下一周期預測稱重值離終點距離大於本次值，則斷開電機Z=0，停止進料，否則Z=l。

3試驗及結果

采用上述方法, 對配料精度進行十次試驗( 用種豬飼料配料試驗 。稱重傳感器等級:0. 02 ; 數模轉換器采用AD574,12 位 。 

附表中, 給定值由配方給出 ; 實測值為實際配料量; 預測值由式( 3) 算出; 預測偏差 =預測值 － 實測值; 配料偏差 = 實測值 －給定值。

試驗結果表明, 由於采用自適應方法, 對 kT +τ 及( k + 1) T +τ 時刻進料量進行了預測, 並通過逐步逼近控製配料量 , 因而係統對物性及環境變化的適應能力較強, 配料結果波動小,精度高 。

參 考 文 獻

1　 Keviczky L, Hettessy J and Hilger M et al.Self-turning adaptive control of concent raw material blending. Automatica , 1978, 15: 693～ 694

2　 方康玲, 陸中華, 赦國法等. 微型計算機係統分析及設計. 北京: 科學出版社, 1992. 137～ 185

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