专利名称：中药生产过程酒精回收的智能控制方法
技术领域：
本发明涉及一种中药生产过程酒精回收的智能控制方法。
背景技术：
中医中药是中华民族灿烂文化的重要组成部分，是我国目前在世界上最有影响的学科领域之一。中药生产酒精回收过程直接关系到中药产品的质量。然而，目前国内大多数中药生产厂家的控制方式比较落后，大都采用手动操作方式，完全依靠操作工人的观察，利用多年积累的经验进行手动调节；即使部分厂家采用自动化的工作模式，但这些自动化生产线仅为局部动作控制，且主要集中在提取、浓缩两个工艺阶段的分布控制，而对酒精回收过程的控制较为简陋。这样无法实现对质量的严格控制，对今后的产业化发展也极为不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种中药生产过程酒精回收的智能控制方法，以克服现有工人操作方式劳动强度大、效率低、质量不稳定的缺点。
为实现上述目的，本中药生产过程酒精回收的智能控制方法包括以下步骤用传感器获取酒精蒸发器的温度、压力，将其与设定值比较，再进行解耦运算，分别得到其偏差及偏差的变化率，将这些变量进行归一化处理；将归一化后的变量进行模糊化处理，得到该变量偏差及偏差变化率的模糊语言值；
根据模糊控制规则对模糊值进行模糊决策，得到模糊控制量；将模糊控制量去模糊化得出温度、压力控制量，分别控制酒精蒸发器的温度调节阀、压力调节阀。
本发明的优点本发明利用模糊控制中药生产过程中的酒精回收，操作人员只需将系统运行所要求的状态如压力、温度、时间等参数输入控制系统，控制系统就可以自动完成各阀门状态的控制，极大地减少了操作人员的劳动强度，有效地提高了酒精回收的控制精度和产品质量，具有显著的技术进步。
下面具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1为中药生产过程中酒精回收的工艺流程图。
图2是中药生产酒精回收过程控制系统硬件框图。
图3是解耦运算算法示意图。
图4是中药生产酒精回收过程控制器结构框图。
图5是中药生产酒精回收过程控制流程图。
图6是中药生产酒精回收过程稀酒精抽取控制流程图。
具体实施例方式
如图1所示，图1为中药生产过程中酒精回收的工艺流程图。中药生产过程中酒精回收的关键是蒸发器中温度和压力的控制。本发明的中药生产智能控制系统的结构如图2所示，主要包括数据采集用的传感器、工控机和执行机构三大部分1)、数据采集部分即通过安装在设备上的各种传感器检测系统各运行参数。传感器共有7路，包括蒸发器罐内压力传感器、温度传感器、液位传感器，蒸发器夹层压力传感器，料液浓度传感器、PH值计，回收塔中液态酒精液位传感器。各传感器分别将所产生的模拟信号送到工控机的A/D采集卡，通过A/D转换，将其变为数字信号，交给工控机的控制程序处理。2)、工控机接收传感器采集到的数据，建立各种模型，如AI采样输入，DA、DO输出等，通过模糊智能控制算法，得到各调节阀和开关阀的控制量，并发给执行机构。完成数据、分析，系统状态参数的实时控制，同时完成用户管理、报表管理与打印、数据存储及查询、故障报警等功能，完成系统的过程控制。3)、执行机构包括继电器、各开关阀、调节阀，执行工控机发来的命令。各阀门是安装在设备上，用来控制各管道的通断与开度，来完成控制任务。调节阀的输入量为一模拟量，开关阀通过继电器来控制通断。调节阀的控制量和继电器的动作分别由工控机的D/A卡、I/O卡给定。
下面具体说明本发明的中药生产酒精回收的智能模糊控制过程。
如图3、4所示，中药生产过程中酒精回收的关键是蒸发器中温度和压力的控制。首先由于蒸发器中变量温度T、压力P之间存在耦合，需对其进行解耦处理。解耦后的温度、压力已不存在耦合，于是可以对T、P进行分别控制。模糊解耦采用图3所示的算法，图中的参数KTT、KTP、KPP、KPT分别为耦合系数。
下面以温度的控制来说明模糊控制器(压力的控制与温度相似)。步骤如下1.归一模糊化取蒸发器内运行参数温度偏差ΔT及温度偏差的变化率 将这些数据归一化到[-1 1]的范围内。采用以下归一化公式y＝(Y-(b+a)/2)/(b-a)/2其中，Y为输入变量，[a，b]为Y的量程范围，y为归一化的输出。
将归一化后的变量进行模糊化处理，根据温度偏差ΔT的模糊档次划分及其偏差变化率 的模糊档次划分，分别求出温度偏差ΔT的模糊语言值ET和偏差变化率 的模糊语言值ECT。
为使变量Y的模糊论域划分无混叠、无空档，同时零档划分要保证控制精度，采用不均匀分档，并且设计零档区间值最小，随着档次增大，相应的区间值依次加大。若用y表示输入温度偏差ΔT， 表示偏差变化率 模糊划分为9个档次。模糊化的规则如下ET=5sgn(y)|y|≥0.84sgn(y)|y|≥0.53sgn(y)|y|≥0.32sgn(y)|y|≥0.1sgn(y)|y|≥0.030|y|<0.03,ECT5sgn(y·)|y·|≥0.34sng(y·)|y·|≥0.23sng(y·)|y·|≥0.152sgn(y·)|y·|≥0.08sng(y·)|y·|≥0.020|y·|<0.02]]>2.模糊控制规则由于模糊变量已进行了归一化处理，模糊控制的控制规则表可近似表述成下式ΔUT＝-＜αET+(1-α)ECT＞其中，ET为蒸发器中温度的偏差，ECT为偏差变化率，ΔUT为模糊推理的输出变量。α为调整因子，且α∈
。由上式可见，通过调整α值，可以改变偏差ET和偏差变化ECT对控制输出量ΔUT的加权程度，从而调整控制规则。当偏差较大时，对偏差的影响给予较大的权重，以尽快消除偏差。当偏差小时，为避免系统的超调，对偏差变化的影响给予较大的加权，以尽快进入稳态。
3.求取调整因子α调整因子α一般随温度偏差ΔT和温度偏差变化率 的变化而改变。基于此，选取智能权函数法求取α，即采用以下公式
α=|ET||ET|+|ECT|]]>上式中ET、ECT分别表示温度偏差ΔT和偏差变化率ΔT的模糊语言值。上式的突出特点是权函数α仅是输入变量的函数，具有仿人智能的控制策略。
4.模糊决策模糊决策通过查询模糊控制表，推理出模糊控制量。考虑到一般的模糊控制器存在静态余差，所以在系统接近稳态时加入积分环节，以消除静态余差。模糊控制量的输出可用如下式表示U＝U0+ΔUTΔUT=-<αET+(1-α)ECT>Ew<|ET|<1-<αET+(1-α)ECT+βΣET>|E|≤Ew]]>其中α为调整因子，β为偏差积分权系数，Ew为偏差的阀值。对模糊控制量U进行清晰化，即可得到被控对象的精确控制量。
5.清晰化将模糊决策得到的模糊控制量转化成精确的控制量，即得到温度调节阀门的开度。清晰化采用以下线性化处理方法U=U0+k1(αET+(1-α)ECT)EW<|ET|<1U0+k2[αET+(1-α)ECT+βΣET]|E|≤Ew]]>冷却水的控制量的求取冷却水流量的控制与酒精挥发的速度紧密相连，而酒精挥发速度与蒸发器内的温度、压力有关。它们近似为线性关系。故有US＝K+KTT+KPP其中，KT、KP分别为温度、压力对于酒精冷却速度的影响系数，K为初始冷却量。由上式根据现场的要求测试，即可得到系数K、KT、KP，从而得到冷却水流量的控制量。
酒精回收控制系统控制流程可分为两部分，如下A.酒精回收控制系统主控制流程如附图5所示，酒精回收过程的控制可分为六个过程。分述如下1.过程1初始化，即开始整个控制系统的初始化。在完成系统软件初始设定后，发出控制命令，关闭所有阀门。
2.过程2抽真空，此过程首先打开真空调节阀，然后根据抽真空的速度调节真空调节阀开度。当蒸发器内达到设定的真空度时，关闭真空调节阀。进入下一过程。
3.过程3进料，打开进料开关阀，利用蒸发器内与外界的气压差，将含酒精料液抽入蒸发器中。同时检测进料量，达到设定量时即关闭进料阀，同时记录进料量，作为系统初始参数。
4.过程4预热，首先打开蒸汽调节阀开度置为最大，蒸发器夹层通入高温蒸汽，对料液加热。当料液加热到一定温度(一般比设定运行温度稍低)，打开冷却水调节阀，准备回收酒精。
5.过程5回收，此过程是系统的稳态运行过程，动态调节蒸汽调节阀、真空调节阀、冷却水调节阀的开度，时系统的温度、真空度、冷却速度保持动态平衡。此过程采用智能控制算法，确保系统稳定，同时防止酒精跑料。回收过程中实时检测酒精槽液位，当酒精槽贮满时调有抽稀酒精子过程，抽取稀酒精。
6.过程6在上述过程5中，实时检测蒸发器内剩余料液量，达到设定要求时，关闭所有调节阀，调抽稀酒精子过程，将稀酒精抽出，最后关闭所有阀门。
B.酒精回收控制系统的抽稀酒精子过程控制流程如附图6所示首先关闭真空、蒸汽调节阀，打开排空阀门，使酒精槽与外界大气相通，然后打开酒精泵阀门，启动酒精泵，将稀酒精抽出；抽完酒精后，关闭排空阀和酒精泵阀，恢复真空、蒸汽调节阀开度。
权利要求
1.一种中药生产过程酒精回收的智能控制方法，包括以下步骤用传感器获取酒精蒸发器的温度、压力，将其与设定值比较，再进行解耦运算，分别得到其偏差及偏差的变化率，将这些变量进行归一化处理；将归一化后的变量进行模糊化处理，得到该变量偏差及偏差变化率的模糊语言值；根据模糊控制规则对模糊值进行模糊决策，得到模糊控制量；将模糊控制量去模糊化得出温度、压力控制量，分别控制酒精蒸发器的温度调节阀、压力调节阀。
2.根据权利要求1所述的中药生产过程酒精回收的智能控制方法，其特征在于所述模糊控制规则可表述成下式ΔU＝-<αE+(1-α)EC>，E为蒸发器中变量的偏差，EC为该变量的偏差变化率，ΔU为模糊推理的输出变量，α为调整因子，且α∈
。
3.根据权利要求1所述的中药生产过程酒精回收的智能控制方法，其特征在于所述调整因子α=|E||E|+|EC|,]]>上式中E、EC分别表示变量偏差和变量偏差变化率的模糊语言值。
4.根据权利要求1所述的中药生产过程酒精回收的智能控制方法，其特征在于所述模糊控制量的输出可用如下式表示U＝U0+ΔUΔU=-<αE+(1-α)EC>Ew<|E|<1-<αE+(1-α)EC+βΣE>|E|≤Ew]]>其中α为调整因子，β为偏差积分权系数，Ew为偏差的阀值。
全文摘要
本发明公开了一种中药生产过程酒精回收的智能控制方法，包括以下步骤用传感器获取酒精蒸发器的温度、压力，将其与设定值比较，再进行解耦运算，分别得到其偏差及偏差的变化率，将这些变量进行归一化处理；将归一化后的变量进行模糊化处理，得到该变量偏差及偏差变化率的模糊语言值；根据模糊控制规则对模糊值进行模糊决策，得到模糊控制量；将模糊控制量去模糊化得出温度、压力控制量，分别控制酒精蒸发器的温度调节阀、压力调节阀。本发明利用模糊控制中药生产过程中的酒精回收，控制系统可以自动完成各阀门状态的控制，极大地减少了操作人员的劳动强度，有效地提高了酒精回收的控制精度和产品质量。
文档编号C07C31/00GK1730001SQ20051003196
公开日2006年2月8日 申请日期2005年7月31日 优先权日2005年7月31日
发明者罗安, 崔宇昊, 吴建峰, 徐先勇 申请人:湖南大学