一种横流批式循环谷物烘干机干燥循环分界点预测定位系统及方法

本发明涉及农业烘干机械干燥过程精准调控领域，尤其涉及一种横流批式循环谷物烘干机干燥循环分界点预测定位系统及方法。

背景技术：

1、谷物机械化干燥是谷物产后处理的关键性环节，依据优化干燥工艺对谷物干燥过程进行精准控制可有效降低谷物干燥能耗、保障谷物干燥品质。当采用优化干燥工艺进行谷物机械干燥时，鉴于横流批式循环谷物烘干机稻谷批次循环干燥的特点，需对各循环周期之间的循环分界点进行精准定位，进而在循环分界点依据优化干燥工艺对干燥过程参数进行优化调控。

2、当前谷物烘干机稻谷干燥循环分界点判断方法落后，无可靠的循环分界点定位策略，因而在实际作业过程中多采用随机抽样检测法。当采用随机抽样检测法对稻谷干燥过程进行调控时，谷物烘干机操作人员或控制系统连续3次以上检测稻谷含水率，若稻谷平均含水率接近或低于调控节点的目标含水率，则进行干燥参数调控或结束干燥，调控点易偏离稻谷干燥循环分界点。谷物烘干机稻谷干燥循环分界点判断方法的落后导致谷物烘干机稻谷循环干燥很难达到分程变温干燥工艺预期的干燥效果。因而，研究一种横流批式循环谷物烘干机干燥循环分界点预测定位系统及方法具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种横流批式循环谷物烘干机干燥循环分界点预测定位系统及方法，有效的解决了谷物烘干机谷物干燥过程中干燥循环分界点定位精度差的问题。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种横流批式循环谷物烘干机干燥循环分界点预测定位系统，包括3d雷达物位扫描仪、温度传感器、转速传感器、谷物水分传感器、信号处理电路、数据处理系统和人机交互界面；所述3d雷达物位扫描仪、温度传感器、转速传感器、谷物水分传感器连接至信号处理电路；所述信号处理电路连接至数据处理系统；所述数据处理系统连接至人机交互界面。

4、上述方案中，所述3d雷达物位扫描仪安装于谷物烘干机顶部。

5、上述方案中，所述温度传感器安装于谷物烘干机干燥段进风风道中。

6、上述方案中，所述转速传感器安装于谷物烘干机拨料机构上。

7、上述方案中，所述3d雷达物位扫描仪用来实时检测谷物烘干机内部谷物堆积结构；所述温度传感器用来实时检测干燥热风温度；所述转速传感器用来实时检测拨料机构转速；所述谷物水分传感器实时检测谷物含水率。

8、上述方案中，所述谷物水分传感器安装于谷物烘干机螺旋输送器与提升机之间的谷物流道中。

9、上述方案中，所述信号处理电路对数据噪声和异常的数据点进行数据筛选，并应用滑动时间平均滤波算法对数据进行滤波。

10、上述方案中，所述数据处理系统采用融合注意力机制的卷积神经网络对干燥循环分界点进行数据融合预测定位。

11、一种横流批式循环谷物烘干机干燥循环分界点预测定位方法，包括以下步骤：

12、步骤一，当采用横流批式循环谷物烘干机对谷物进行干燥时，使用3d雷达物位扫描仪检测谷物烘干机内谷物堆积结构，使用温度传感器检测谷物烘干机干燥热风温度，使用转速传感器检测谷物烘干机拨料机构转速，使用谷物水分传感器检测谷物含水率；

13、步骤二，使用信号处理电路对3d雷达物位扫描仪、温度传感器、转速传感器、谷物水分传感器的输出信号进行处理并上传至数据处理系统进行处理，获取并记录谷物体积时序数据、干燥热风温度时序数据、拨料机构转速时序数据、谷物含水率时序数据；

14、步骤三，在谷物干燥起始阶段，数据处理系统基于谷物烘干机结构参数和干燥热质交换原理，依据谷物体积时序数据、干燥热风温度时序数据、拨料机构转速时序数据、谷物含水率时序数据对第一循环周期与第二循环周期之间的干燥循环分界点进行定位计算，即为第一循环周期与第二循环周期之间的干燥循环分界点；

15、步骤四，第二循环周期执行阶段，数据处理系统依据谷物含水率时序数据，采用早期分类识别方法对第二循环周期的结束节点进行预测，即为第二循环周期与第三循环周期之间的干燥循环预测分界点a；数据处理系统在第二循环周期干燥过程中，依据第二循环周期的起始节点、干燥热风温度时序数据、拨料机构转速时序数据、谷物含水率时序数据，基于干燥热质交换原理对第二循环周期的结束节点进行预测，即为第二循环周期与第三循环周期之间的干燥循环预测分界点b；

16、步骤五，数据处理系统采用融合注意力机制的卷积神经网络对干燥循环预测分界点a和干燥循环预测分界点b进行数据融合，确定第二循环周期与第三循环周期之间的干燥循环融合预测分界点；

17、步骤六，数据处理系统在第二循环周期干燥结束后，基于谷物烘干机结构参数和干燥热质交换原理，依据谷物体积时序数据、干燥热风温度时序数据、拨料机构转速时序数据、谷物含水率时序数据定位第二循环周期与第三循环周期之间的干燥循环校正分界点，以干燥循环校正分界点和干燥循环融合预测分界点的差值为依据对干燥循环分界点精准定位方法的关键参数进行在线优化；

18、步骤七，数据处理系统将谷物烘干机谷物含水率时序数据、干燥循环融合预测分界点、干燥循环校正分界点信息传送至人机交互界面进行显示，进行干燥循环分界点实时定位显示；

19、步骤八，当进入下一循环周期时，循环执行步骤四至步骤七，直至达到目标终止含水率，实现谷物干燥全过程干燥循环分界点预测定位。

20、上述方案中，循环周期之间的干燥循环分界点计算公式如下所示：

21、vib＝v1+v2+v3＝f(m,t,w,tib,ti)＝f(m,t,w,tib,tj)+g(m,t,w,tib+tj,tp)

22、tie＝tib+ti

23、tiep＝tib+tj+tp

24、其中，vib—第i循环周期起始时刻烘干机内谷物总体积；v1—第i循环周期起始时刻缓苏段、干燥段和流道内谷物体积；v2—第i循环周期起始时刻螺旋输送器内谷物体积；v3—第i循环周期起始时刻提升机内谷物体积；m—谷物含水率时序数据；t—干燥温度时序数据；w—拨料机构转速时序数据；tib—第i循环周期起始时刻；f(m,t,w,tib,ti)—tib时刻开始ti时间内流经谷物水分传感器的谷物体积；f(m,t,w,tib,tj)—tib时刻开始tj时间内流经谷物水分传感器的谷物体积；g(m,t,w,tib+tj,tp)—tib+tj时刻开始tp时间内预测流经谷物水分传感器的谷物体积；tie—第i循环周期干燥循环校正分界点；tie—第i循环周期干燥循环预测分界点b；

25、

26、v2＝v2(m,w,tib,tl)

27、v3＝v3(m,w,tib,th)

28、其中，hib(x,y)—谷物烘干机平面坐标(x,y)处3d雷达物位扫描仪检测谷物高度值；v0—干燥段及流道内谷物体积；tl—螺旋输送器谷物输运时长；th—提升机谷物提运时长。

29、有益效果：

30、本发明通过连续检测谷物干燥过程中谷物物位传感信息、干燥温度传感信息、拨料机构转速传感信息和谷物水分传感信息，基于早期分类识别方法和干燥热质交换原理，采用数据融合方法对横流批式循环谷物烘干机稻谷干燥过程中干燥循环分界点进行精准定位，有效解决谷物烘干机谷物干燥过程中干燥循环分界点定位精度差的问题，进而在干燥循环分界点处进行谷物干燥过程参数调控，提高谷物干燥过程调控精度。