1、引言
    作為新興的工業(yè)，近20多年以來，我國的飼料行業(yè)得到了迅速發(fā)展。目前，我國飼料顆粒機(jī)設(shè)備的成套能力已具備一定的規(guī)模和水平，然而我國飼料顆粒機(jī)的自動化控制技術(shù)普遍較低，因此迫切需要在建立其仿真模型的基礎(chǔ)上提出新的控制方案。顆粒機(jī)有多種形式，須注明本課題的研究對象是環(huán)模顆粒機(jī)。
    飼料顆粒機(jī)生產(chǎn)過程是1個多輸入，多輸出且具有大滯后的復(fù)雜對象。其輸入變量有喂料速度、蒸汽加入量、飼料特性等，輸出變量有物料溫度、飼料含水量、飼料熟化度、主機(jī)電流等。其復(fù)雜性體現(xiàn)在各輸入、輸出變量之間的非線性關(guān)系、相關(guān)性以及滯后性。
    本文利用LabVIEW對飼料顆粒機(jī)的特征模型進(jìn)行了仿真，它直觀、方便并且還具有仿真精度高、效率高的特點(diǎn)。通過圖形界面就可以完成儀器操作、控制硬件、分析數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果。仿真結(jié)果與顆粒機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況相符。該模型可用于飼料顆粒機(jī)控制系統(tǒng)的研究。
2、顆粒機(jī)的特征模型
2.1  顆粒機(jī)生產(chǎn)過程的描述
    原料由喂料機(jī)送入顆粒機(jī)后，首先要進(jìn)入調(diào)質(zhì)單元。調(diào)質(zhì)是對飼料制粒前的原料進(jìn)行蒸汽熱處理的加工工序，其目的是對飼料進(jìn)行熟化處理，并且能夠提高飼料的耐水性，改善飼料的制粒性，因此這一過程對顆粒飼料的質(zhì)量影響很大。經(jīng)過調(diào)質(zhì)器單元調(diào)質(zhì)后的飼料送去制粒。在制粒單元中飼料進(jìn)入1個制粒腔，制粒腔中有環(huán)模和刀具，在主電機(jī)的驅(qū)動下，將飼料擠壓穿過環(huán)模，再由刀具切割成顆粒狀。圖1形象地展示了顆粒機(jī)的整個生產(chǎn)過程。
2.2  顆粒機(jī)生產(chǎn)過程的重要變量
    物料流量是影響制粒過程最重要的因素之一，它直接關(guān)系到顆粒機(jī)的產(chǎn)能和負(fù)荷。為了使顆粒機(jī)在最佳負(fù)荷狀態(tài)下穩(wěn)定、連續(xù)地工作，同時又能夠根據(jù)制粒過程中的實(shí)際情況及時地調(diào)整、防止欠料、堵機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生，就必須對進(jìn)入顆粒機(jī)的物料流量進(jìn)行控制。調(diào)整物料流量的主要方法是利用變頻器調(diào)節(jié)喂料機(jī)的轉(zhuǎn)速，物料流量與其轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系。
    蒸汽添加是制粒過程中另外一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。飼料中含有的淀粉經(jīng)過調(diào)質(zhì)糊化后，不但有助于牲畜的消化，對制粒效果也有明顯的改善作用。對于飼料制粒過程來說，最適宜的水分含量在15%~16%。所以要使產(chǎn)量提高、制粒過程穩(wěn)定，需要裉據(jù)流量的大小，保證原料的水分和溫度維持在一定的水平。而這個調(diào)質(zhì)過程，都是通過蒸汽的作用實(shí)現(xiàn)的。因此，蒸汽閥開度與喂料機(jī)轉(zhuǎn)速是制粒過程的2個重要操縱變量。
    由于對飼料淀粉糊化度進(jìn)行實(shí)時檢測比較困難，實(shí)際生產(chǎn)中，常以調(diào)質(zhì)后的物料溫度來間接地度量調(diào)質(zhì)的效果。調(diào)質(zhì)后的溫度可以被反饋到蒸汽控制單元，用以決定如何調(diào)整蒸汽的添加量；也可以將該調(diào)質(zhì)溫度與主機(jī)電流綜合考慮，作為物料流量調(diào)整的依據(jù)。調(diào)質(zhì)溫度，是顆粒機(jī)生產(chǎn)過程中1個重要的過程變量。
    顆粒機(jī)的主電機(jī)承載著絕大部分負(fù)荷。通常以主電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)電流作為制粒過程的1個關(guān)鍵變量。電流過小表明產(chǎn)量偏低，可以提升物料流量；電流過大可能會引起主電機(jī)的堵機(jī)，導(dǎo)致顆粒機(jī)停產(chǎn)。主機(jī)電流不僅與喂料流量、蒸汽添加量相關(guān)聯(lián)，更是評定設(shè)備工況和負(fù)荷質(zhì)量的主要手段。因此，主機(jī)電流是系統(tǒng)另一個重要的過程變量。
    綜上所述，本系統(tǒng)特征模型可以簡單地概括為1個雙輸入（喂料流量、蒸汽閥開度）和雙輸出（調(diào)質(zhì)溫度、主機(jī)電流）且彼此之間存在耦合的復(fù)雜過程。
2.3  系統(tǒng)特征模型的描述
    由文獻(xiàn)可知，所謂特征模型描述，是指對被控對象建立1個比原動力學(xué)數(shù)學(xué)模型更為簡單的特征模型方程及有關(guān)的特征參量表達(dá)式。特征模型描述的基本原則是：①在同樣輸入控制作用下，對象特征模型和實(shí)際對象在輸出上是等價的；②特征模型的形式和階次除考慮對象特征外，主要取決于控制性能要求；③特征模型的形式比原對象動力學(xué)方程簡單，工程實(shí)現(xiàn)方便。因此本文用特征模型對復(fù)雜的顆粒機(jī)生產(chǎn)過程進(jìn)行描述。
    本系統(tǒng)是個雙輸入雙輸出線性時變系統(tǒng)，由文獻(xiàn)[4]可知：
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5  結(jié)  論
    由上述的仿真結(jié)果可以看出，系統(tǒng)在沒有任何控制手段的情況下可以最終趨于穩(wěn)定。綜合圖5，分別改變蒸汽閥開度和喂料機(jī)頻率，溫度和主機(jī)電流的變化過程與實(shí)際情況相符，由此可以好的證明該模型的正確性。滿足了控制器仿真試驗(yàn)的要求。該系統(tǒng)模型已運(yùn)用到飼料顆粒機(jī)智能控制器開發(fā)項(xiàng)目之中。為驗(yàn)證控制算法的控制效果提供了可靠、使用的依據(jù)。
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