控制磷酸盐生产冷却液流量的模糊控制器及流量调节方法

技术领域

本发明涉及磷酸盐生产技术领域，尤其指一种控制磷酸盐生产冷却液流量的模糊控制器及流量调节方法。

背景技术

磷酸盐是几乎所有食物的天然成分之一，作为重要的食品配料和功能添加剂被广泛用于食品加工中。在磷酸盐生产中，常常需要冷却结晶，工业上一般通过在搅拌腔外开设冷却腔，通过冷却液的流动带走多余的热量进行降温。然而，冷却液的流量控制一般采用的是人工调节，不但要求工人的经验足够丰富，而且还需要工人长时间监视温度的变化，这不仅费时费力，而且稍有疏忽还会对产品的质量造成影响。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种控制磷酸盐生产冷却液流量的模糊控制器，以保持搅拌腔中原料温度稳定，进而控制产品质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种控制磷酸盐生产冷却液流量的模糊控制器及流量调节方法，包括：

温度传感器，用于检测搅拌腔中浆料的实时温度；

系统切换单元，用于接收到温度传感器的信号后根据信号判断设备是否正常运行，正常运行时将温度信号输出至温度偏差值处理单元和温度变化率处理单元，不正常运行时将温度信号输出至异常温度处理单元；

温度偏差值处理单元和温度变化率处理单元，用于对系统切换单元输出的温度信号进行运算并分别输出温度偏差值和温度变化率；

模糊信息处理单元，用于在接收温度偏差值处理单元、温度变化率处理单元的信号后，将所接收信号进行模糊化处理，然后进行模糊推理，得到输出模糊集合，对输出模糊集合进行解模糊化并得到最终输出信号；

输出信号处理单元，用于接收模糊信息处理单元的输出结果并转换为电流信号；

冷却液流量调节单元，用于根据输出信号处理单元的电流信号调节电动调节阀门的冷却液流量；

异常温度处理单元，用于接收到温度信号后进行运算并将控制信号输出至搅拌腔进料调节单元；

搅拌腔进料调节单元，用于根据接收到的控制信号调节进料速度。

优选地，所述模糊信息处理单元包括温度偏差值模糊化单元、温度变化率模糊化单元和模糊推理单元。

更优选地，所述温度偏差值模糊化单元和温度变化率模糊化单元均通过梯形隶属度函数进行模糊化处理。

其中，温度偏差值e论域为[-4,4]，由七个梯形模糊集合NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB组成；温度变化率de论域为[-3,3]，由5个梯形模糊集合NB,NS,ZE,PS,PB组成。

优选地，通过调节电动调节阀门的阀门开度来调节冷却液流量，阀门开度调节论域为[-15,15]，由3个三角形模糊集合NS,ZE,PS与2个梯形模糊集合NB,PB组成。

更优选地，所述模糊推理单元的推理结果为三角形隶属度函数和梯形隶属度函数，并通过中心平均解模糊方式和模糊规则进行模糊推理。

更优选地，所述中心平均解模糊方式的表达式为：

其中，μ

更优选地，所述模糊规则为：

另外，本发明还提供一种流量调节方法，采用上述的控制磷酸盐生产冷却液流量的模糊控制器来实现，其包括通过温度传感器检测搅拌腔的浆料温度，经过温度偏差值处理单元、温度变化率处理单元和异常温度处理单元运算得到温度偏差值和温度变化率，模糊信息处理单元接收到温度偏差值和温度变化率信号后进行模糊化处理和模糊运算，得到的模糊输出经解模糊后再转换为电流信号，最后通过电流信号调节阀门开度进而调节冷却液流量。

通过温度偏差值、温度变化率来自动调节搅拌腔中原料温度的模糊控制器来调节磷酸盐生产过程中的冷却液流量，具有自动化程度高，性能稳定，抗干扰能力强等优点，而且结构也很简单；不仅如此，该控制器还采用了切换系统，能根据不同情况切换控制对象；同时，输入信号采用梯形隶属函数进行模糊化，能减少系统不确定性对输出的影响；通过该控制器的自动调节，可减小调节时间，节约人力成本，优化工艺指标，从而增强产品质量的稳定性，以及生产的连续性。

附图说明

图1为本发明的框架结构原理示意图；

图2为实施例中模糊信息处理单元的功能结构原理示意图；

图3为实施例中所采用的温度偏差值隶属度函数的示意图；

图4为实施例中所采用的温度变化率隶属度函数的示意图；

图5为实施例中所采用的电动调节阀门开度变化量隶属度示意图。

图中：

1、温度传感器；2、系统切换单元；3、温度偏差值处理单元；4、温度变化率处理单元；5、模糊信息处理单元；6、输出信号处理单元；7、冷却液流量调节单元；8、异常温度处理单元；9、搅拌腔进料调节单元。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

如图1所示，控制磷酸盐生产冷却液流量的模糊控制器，包括温度传感器1，用于检测搅拌腔中浆料的实时温度；系统切换单元2，用于接收到温度传感器1的信号后根据信号判断设备是否正常运行，正常运行时将温度信号输出至温度偏差值处理单元3和温度变化率处理单元4，不正常运行时将温度信号输出至异常温度处理单元8；温度偏差值处理单元3和温度变化率处理单元4，用于对系统切换单元2输出的温度信号进行运算并分别输出温度偏差值和温度变化率；模糊信息处理单元5，用于在接收温度偏差值处理单元3、温度变化率处理单元4的信号后，将所接收信号进行模糊化处理，然后进行模糊推理，得到输出模糊集合，对输出模糊集合进行解模糊化并得到最终输出信号；输出信号处理单元6，用于接收模糊信息处理单元5的输出结果并转换为电流信号；冷却液流量调节单元7，用于根据输出信号处理单元6的电流信号调节电动调节阀门的冷却液流量；异常温度处理单元8，用于接收到温度信号后进行运算并将控制信号输出至搅拌腔进料调节单元9；搅拌腔进料调节单元9，用于根据接收到的控制信号调节进料速度。

其中，如图2所示，进一步将模糊信息处理单元5划分为温度偏差值模糊化单元、温度变化率模糊化单元和模糊推理单元。其中，温度偏差值模糊化单元采用如图3所示的梯形隶属度函数进行模糊化处理；温度变化率模糊化单元采用如图4所示梯形形隶属度函数进行模糊化处理；模糊推理单元使用乘积型算子与中心平均解模糊方式、图5表示的三角形隶属度函数和梯形隶属度函数进行模糊化处理和模糊规则进行模糊推理。

上述的梯形隶属度函数是一种线性连续函数。因为它的模糊集合在外形上表现为梯形形状，所以它被称之为梯形隶属度函数，参见图3和图4。上述的三角形隶属度函数是一种线性连续函数。因为它的模糊集合在外形上表现为三角形形状，所以它被称之为三角形隶属度函数，参见图5。乘积型算子即每条规则的输出隶属度为前提条件隶属度的乘积。中心平均解模糊方式可表达为如下公式：

其中，μ

而模糊规则如下表1所示：

表1模糊规则

需要知道的是，表1中所示的模糊规则的判断方式是基于行业专家经验来拟定的。

上述的图3表示搅拌腔温度偏差值的梯形隶属度函数，其中符号e表示搅拌腔的温度偏差值，即e＝实测温度－设定温度，NB表示“负大”模糊集合，NM表示“负中”模糊集合，NS表示“负小”模糊集合，ZE表示“零”模糊集合，PM表示“正中”模糊集合，PS表示“正小”模糊集合，PB表示“正大”模糊集合。

上述的图4表示搅拌腔温度变化率的梯形隶属度函数，其中符号de表示搅拌腔的温度变化率，即de＝(当前温度-上一分钟温度)/一分钟，NB，NS，ZE，PS，PB的含义与图3对应的符号相同。

上述的图5表示电动调节阀的开度变化量为三角形隶属度函数，电动调节阀即为冷却液流量调节单元7，其中符号dK表示电动调节阀的开度变化量，即dK＝(最大开度-最小开度)/100×100％。

上述表1中的符号NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB的含义与图3和图4对应的符号相同。

在本实施例中，异常温度信号处理单元8中输入信号t

搅拌腔进料调节单元9会根据输入信号r线性调节进料速度f，基础速度控制为最大速度的50％，最大调节量为±50％。

以一个具体应用为例来进行说明。具体数据：理想温度t＝20℃，正常运行温度范围为[15,25]摄氏度。电动调节阀的默认开度K＝0.5，实测温度t

由上述数据可得设备在正常区间内运行，不需要调节进料速度，温度传感器信号经由系统切换单元传递给温度偏差值单元和温度变化率单元进行运算。可得e＝-1.5(℃),de＝1.5(℃/min)。根据图3，e＝-1.5属于NM、NS模糊集合的隶属度值为0.5，属于其他模糊集合的隶属度均为0。根据图4，de＝1.2属于模糊集合PS、PB隶属度值为0.5，属于其他模糊集合的隶属度均为0。查找表1可得，第6号规则、第7号规则、第11号规则、第12号规则被触发，其余规则触发程度均为0。因此，根据式(1)，电动调节阀的阀门开度调节量如下：

本实施例采用的电动调节阀的输入调节电流与冷却液流量为线性关系。当调节电流为20mA时，阀门开度最小，冷却液流量最小；当调节电流为4mA时，阀门开度最大，冷却液流量最大。由dK＝-1.25可得电动调节的调节电流减少量为1.25％*(20-4)＝0.2mA。电动调节阀的调节电流在减少0.2mA后，阀门开度减小，冷却液流量减少，搅拌腔温度变化率增大，使得搅拌腔温度达到设定温度。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。