模糊控制在赤藓糖醇干燥系统中的研究与应用

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赤藓糖醇是一种具有甜味却不产生能量的甜味剂,广泛应用于食品、化工和医药等行业,一般存在于动物、植物、水果和各种微生物中。赤藓糖醇的生产有化学合成和生物发酵两种方法,目前工业生产中使用最多的是生物发酵法。淀粉经过液化、糖化、发酵、离交、蒸发、结晶和干燥等过程生产出赤藓糖醇成品,其中干燥系统生产过程非常关键,决定了赤藓糖醇的品质。赤藓糖醇干燥过程是在流化床内吹入一定温度的热风,当压力和温度满足一定条件后物料进入流化床与热风进行充分接触,蒸发物料中的水分。流化床出口含水量是检验产品合格与否的重要指标,通常赤藓糖醇含水量在0.08%~0.12%之间便于存放,赤藓糖醇最终含水量受流化床干燥温度影响,因此需要严格控制流化床内温度范围,经实验数据表明当温度在85.5℃左右时含水量可以达到标准。在实际工厂生产中,赤藓糖醇生产过程温度难以控制,含水量通常难以达标。本文研究发现传统干燥控制系统具有滞后性、抗干扰能力差等缺点,针对这些不足本文设计了模糊自抗扰控制算法,解决了传统干燥控制系统的部分问题。首先,分析干燥系统进料过程和进风过程,研究了影响干燥系统的温度和压力等参数,依据干燥过程中换热器工作原理建立数学模型,通过实验数据确定了二阶传递函数的具体参数。其次,针对传统PID控制算法控制的局限性,提出了模糊PID控制策略和模糊自抗扰控制策略,通过比较PID控制器、模糊PID控制器和模糊ADRC控制器阶跃响应控制效果,验证模糊自抗扰算法控制策略的效果,有效减小了超调和稳定时间,从而稳定了干燥系统的运行。然后设计赤藓糖醇干燥控制系统,使用PLC作为控制器,在PCS7软件中完成硬件组态和程序设计;最后使用WINCC设计了赤藓糖醇干燥控制系统远程监控平台,通过采集现场数据并分析,验证了平台的可行性。结果表明,加入模糊控制算法后的控制系统运行更加稳定,响应速度快,使换热器出口温度保持在85.5℃左右,赤藓糖醇出口含水量保持在%0.08~0.12之间,验证了模糊控制算法的有效性,提高了赤藓糖醇生产效率的同时提高了赤藓糖醇的品质,减少了人为的干扰。
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