食品真空冷冻干燥机的模糊控制系统

真空冷冻干燥就是把含有大量水分的物质预先速冻成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接从物料中升华出来的一种脱水方法。一般的冻干机大体由真空系统、制冷系统、加热系统、除霜系统及自控系统组成，其中自控系统是影响冻干机性能的关键所在，是当代冻干机的核心。目前冻干机主要采用离散控制系统，它把现场由传感器测得的各种现场参数传送到控制柜的上位机PLC控制器中，并通过通信接口和下位机工控机通信，进而利用常规的数字PID算法对冻干曲线进行温度控制。目前这种控制方法已经非常成熟，并广泛的应用在目前的冻干机控制系统中。
1目前冻干系统的控制方法及存在的问题1.1系统控制过程目前的大多数冻干系统（基本框图如）主要是通过热媒罐提供热源，采用蒸汽或电加热形式加热载热剂（一般是无离子水），得到高温水与通过冷水电磁阀及换热器提供的低温水混合，通过三通调节阀进行PID控制它们各自的混合量比例，进而控制加热板的进水口温度，再通过加热板传导加辐射方式把热传递给冻干物料提供其升华热，进而控制物料按其佳的温度曲线进行升温。其中三通调节阀的控制是模拟PID单回路反馈控制，冷水电磁阀是数字控制，只有开启和关闭两个状态。
出水口H板式换热器h冻干机加热系统的基本框图核科学与技术。
目前的冻干机PID控制系统主要有以下三个问题难以解决：1）系统的核心目的是使物料温度按规定的温度曲线变化，这就还存在着加热板给物料传热模型的建立问题，而这存在许多非线性因素及各种分布参数的影响。目前对物料辐射传热模型的研究还不够深入系统，很难准确得到各冻干物料的传热模型，这就为常规的PID控制精度的提高增加了难度，因为PID控制属于模型控制，在系统传递函数及控制过程比较明确及迟延小的情况下控制效果才能保证。
2）目前三通调节阀控制采用的是PID定值控制，也就是它的PID参数在整个控制过程中是不变的，而在实际情况下在升、降温的不同阶段对Kp、KpKd需不同设定，来满足超调量、过渡过程时间等不同性能指标的改变，这就需要对PID参数进行在线整定，这是常规的PID控制方法所无法解决的。
3）本系统对加热板的加热采用间接方式即通过热媒无离子水间接加热，这就存在一个水在热媒泵、三通调节阀以及各连接管路的流通时间及各测量仪表的测量传送时间等问题，这就造成了加热板里的水流动存在一个大滞后、纯迟延的问题。
以上三个问题造成了目前冻干机控制性能的瓶颈，用PID控制已经很难解决上述问题，迫切需要一种新的控制方法，所以我提出了冻干机的模糊控制系统。
模糊控制指的是基于模糊集合理论、模糊逻辑，并同传统的控制理论相结合，模拟人的思维方式，对难以建立数学模型的对象实施的一种控制方法。其基本思想是在被控对象的模糊模型的基础上，用机器去模拟人对系统控制的一种方法。九十年代模糊控制开始发展起来，它主要用于那些系统过程模型难以建立、纯迟延、非线性、多输入多输出系统控制效果较好。
模糊控制的上述特点正好解决了以上所说的常规PID控制方法所解决不了的难题，如果用模糊控制器的输出作为PID控制器的输入这样的复合方式进行控制，既绕开了建立复杂的数学模型，又综合了模糊控制和PID控制各自的优点，为实际问题的解决开拓了新思路。在三通调节阀控制加热板出水口段仍采用常规PID控制，这段技术现在已非常成熟在此不多做介绍。而加热板给物料传热段采用模糊控制，避开了建模难点，终建议采用模糊PID参数自整定控制系统，既能有效的提高系统控制精度又节约了能耗。
此控制系统的原理如下：给定值r处E模?推模糊PID参数自整定控制系统结构图先由传感器测得物料的实际温度与所需设定的温度输入到可编程控制器，数据经处理后，温度误差ATi和温度误差变化率（ATy输入到模糊控制器，分别对PID3个参数Kp、K！、Kd进行调整，进而通过三通调节阀进行PID控制。
其中模糊控制器分为模糊化、模糊规则推理、反模糊化三个部分，模糊化是用来把输入的误差或误差变化率值转化为模糊化语言如大“、‘中”、’小“等，它可分为很多级，从属于每一级的程度由隶属度函数来描述，所以设计误差或误差变化率的隶属度函数非常重要，还有设定量化因子的大小设定方法在此不详述；模糊化后即可进行模糊规则推理，推理方法很多，多米用max-min方法，也可使用其它任何方法，得到Kp、K、KD的模糊化语言结果如‘大”、’中“、小”等；后是反模糊化把模糊推理结果转化为值，可采用面积中心法输出Kp、K、Kd作为PID控制器的参数输入进行三通调节阀的PID控制。
3系统仿真冻干加热系统可以简化为带纯延迟的典型二阶系统，假设模型如下：，20e-002s控制执行结构具有0.07的死区和0.7的饱和区，设采样时间T=0.01，对于传统的PID控制，比例系数K=2、KI=0.6、K=1；对于模糊控制主要考虑的是FIS结构的设计及量化因子及比例因子。
隶属度曲线从中可以看出采用模糊控制较传统的PID控制来讲，模糊控制的响应速度较快，动态特性较好，适应性强，鲁棒性更好。
德国发现矿泉水可从塑料容器吸收毒素德国海德尔堡大学的研究人员发现，矿泉水在储存过程中会从塑料容器吸收锑这种不利于人体健康的毒素。
锑，是商家用来制造矿泉水瓶常用的原料之一。地下水中的锑含量是万亿分之一，而瓶装矿泉水，即使被灌注后立即打开，其锑含2仿真结果曲线4结论分析了现有食品真空冷冻干燥机控制系统的构成及缺点，并提出仿真了一种模糊PID参数自整定控制算法，在冻干机的控制精度、冻干产品质量、节约能耗方面都会有很大提高。