专利名称：用于监测和控制流过一干燥作用中所用的干燥器罩的气体的作用变量的方法、控制范例 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的在干燥作业作用中控制和监测流经干燥所用的干燥腔的作业气体的作业变量的方法、控制范例和装置。作业气体连续流过干燥腔。干燥腔内的状态通过根据本发明的控制范例监测和控制一些作业气体不同的作业变量来操纵。本发明的装置还包括一个用于根据本发明的控制范例，通过控制和监测流过该腔的作业气体的一些作业变量来操纵干燥腔内状态的装置。
先有技术为了干燥含水材料，以及在塑料或陶瓷湿坯的涂漆或制造作用中为了蒸发溶剂或粘合剂，采用了各种不同的方法，其中被干燥的材料加热以便使某种物质蒸发，例如水或溶剂。为了实现有效的干燥，在许多作业中所蒸发的物质借助流过干燥材料附近的干燥气体，例如空气从干燥材料附近的区域被带走。下面将从干燥含湿气或水的材料，或含湿气或水的产品的角度对先有技术和本发明进行说明，但是本技术对于其它干燥作业作用当然也是有用的，其中蒸发的物质由作业气体自干燥产品吸取，并由上述气体输送走。
为了控制作业气体，特别是其吸取和去除蒸发物质的能力，在许多作业作用中采用了作业腔。对于静止的分批处理工艺，该腔通常称作烘炉或干燥舱，而对于幅面材料的连续干燥，通常称为干燥罩。其它干燥作业作用，基本设计为用于处理颗粒材料的呈旋转滚筒或流态化床形式的干燥腔，颗粒材料在其中与干燥气体相遇和混合。
干燥舱用于含水的湿润浆液材料，例如造纸或纸版用的纸浆、矿物质、陶瓷、冶金和化学工业的浆液，对于干燥固体产品，例如天然材料，如小片材料、木材或例如陶瓷工业的脱水产品，以及木纤维板和一些矿物质和／或矿物纤维基结构和绝缘产品，特别是成形产品，例如适用于替代石棉材料的片岩(sheetrock)、石棉、玻璃棉和建筑材料和绝缘板，且也用于在涂漆作用中用于蒸发溶剂等。在干燥作业作用中所必需的热可以用任何理想的方式提供给所要干燥的材料，例如通过红外加热器的辐射、微波或高频辐射，从而在所要干燥的材料中产生热，尽管最好是使用用过的含热干燥气体。无论如何，干燥的效果很大程度上取决于由干燥气体自干燥舱吸收和带走的水／溶剂的蒸发的效率和均匀性。
在纸、纸板、片岩、石棉板等的连续式幅面作业中采用干燥舱和类似的干燥腔。为了获得水和／或溶剂的理想蒸发，在这些作用中也可采用多种不同的方法，但最好是根据上述任何一种方法提供／产生热。同样，干燥气体自产品吸收和带走所蒸发物质的能力对于干燥作用的效果是很重要的。例如对于幅面的干燥，很久以来通常一直是使用干燥罩。对于干燥诸如纸的高速运动的薄幅面材料，上述罩是与干燥滚筒一起邻近纸幅布置。纸沿路径以高速运动，通过干燥罩，而干燥的效果主要受到滚筒内蒸发压力的影响，但它也受到干燥罩内作业变量的影响，且主要受到流过干燥罩的作业空气的作业变量的影响。
对于纸的干燥，以及其它各种干燥作用的变化，除了对于干燥作业作用效率的要求外，还有其它一些边界条件，例如产品整个表面的均匀干燥，指的是干燥后产品沿其整个长度和宽度水分含量减少且均匀；加热经济性好；湿气和热向周围环境的泄漏小；噪音低；可达性能高，和易于靠近，以便维护、调整和修理。
为了实现所需的干燥腔内作业条件，要对流过干燥腔的作业空气的一个或多个作业变量进行监测和控制。通常监测的一个作业变量是作业空气的含水量，且通常是干燥腔的排放空气的含水量。再者，排放空气的含水量影响作业加热的经济性和整个作用的经济性。对于其它溶剂或类似物质蒸发的干燥作用也是一样。
显著影响干燥作用的另一个作业变量是干燥腔内的内压力或压力状态，它通常表示为干燥腔的零位(mm)，即在该点，干燥腔内压力和环境压力的压力差△P=P环-P罩为零。
上述作业变量一般通过邻近干燥腔布置的传感或其它测量装置来监测。该测量装置布置在控制回路内，根据先有技术控制回路还包括传统控制装置和致动装置。致动装置影响一个已知的操纵作业变量，从而影响正在测量的监测的作业变量。用于控制作业空气进而影响干燥腔内干燥状态的操纵作业变量的例子是供给空气的流量和排放空气的流量(m3／min)。供给空气流量和排放空气流量由致动装置控制，例如气流调节器，或另一种变速风扇的速度控制。用于作业空气控制的已知和传统方法采用了包括一个控制和监测作业变量的控制回路，它仅与一个操纵作业变量有关，且由上述变量控制。在这类作业控制中，操纵作业变量的变化可影响几个所监测的作业变量的事实被忽视了，同样所监测的作业变量可取决于多个操纵作业变量的事实也被忽视。相应地，在新的干燥设备的调谐中，要控制作业空气，需要小心仔细和大范围的调谐方法。在干燥作业作用中针对其它作业变量的变化或干燥作用的其它条件，例如以前作业中的变化对作业空气进行补偿更为复杂。再有，作业空气在某些情况下对于紊流非常敏感。以上所述对于空气之外的作业气体也是有效的。
众所周知，在作业控制的领域，例如造纸工业除干燥作业以外的其它作业，采用了不同于传感装置的基于控制范例的控制回路，控制器和致动器包括所控作业的动态模型，并且在某些情况下还包括对控制回路的影响因素进行描述和补偿的校正单元，上述控制器与作业模型和校正单元，如果存在就协同动作，控制该作业。因此，已知的操纵作业变量和与监测变量之间的关系以及其它作业变量的影响，对于操纵作业变量要加以考虑。这种基于所控的作业模型构成的控制范例的作业控制通常称作“内部模型控制”，简称IMC。在干燥作用中即使采用IMC控制作业变量，也需要有非常广泛的调谐。由于腔内的压力状态、零位要受到输入空气流量和排出空气流量的影响，所以对紊流的敏感性还继续存在。
本发明的基本目的是提供一种方法，用于控制在干燥作用中流过干燥作用中所用的干燥腔的作业气体，目的是在易于调谐且对分布敏感性低的灵活的作业中通过对生作业气体一些作业变量的改进、稳定和可靠的控制，实现对材料或产品的湿度场控制的改进和提高加热经济性。或者，在一个易于调谐和对分布敏感性低的灵活的作业中，作业气体的作业变量的改进、稳定和有效的控制导致对溶剂的蒸发的控制的改善，进而对干燥材料的内外性能带来积极效果，且提高了加热经济性。
本发明的另一个目的是提供一种方法，借助易于实施和调谐而且还非常坚固耐用和对分布敏感性低的控制范例，实现在干燥作用中监测和控制干燥作用中作业气体中蒸发的物质含量和干燥作用所用的干燥腔内的压力状态。
具体地讲，本发明的目的是提供一种方法，其包括这样一种控制范例，用于监测和控制作业空气的含水量和纸干燥作用中干燥罩内的压力状态，其中干燥腔布置在纸幅旁，且其中纸幅和作业空气连续通过干燥腔，在此作用中水自纸脱除。在根据本发明的干燥作用中所用的控制范例适于保证保持所需的湿度场，特别有利于将横贯纸幅横截面和沿纸幅纵向的湿气含量均匀性保持在允许的差异范围内，同时以良好或有所改善的加热经济性运行干燥作用。
本发明还有一个目的是提供一种用于控制本发明作业的控制范例。本发明的再一目的是提供实现本发明作业的装置。
本发明简述为了在烘干一产品时影响干燥腔内的干燥条件，有一种作业气体流过的干燥腔，上述产品位于其中或通过该干燥腔，上述作业气体在其通过该干燥腔的作用中，与该产品接触，使某种物质为该作业气体所吸取，上述物质至少部分自该产品脱除，并随作业气体输送到干燥腔外，作业气体的一些作业变量通过一作业进行控制和监测，其中，作业气体的作业变量这样控制，上述目的通过根据权利要求1中的特征之前部分所述且为权利要求1的特征部分的特性所表征的控制作业气体的作业变量的方法实现，其中流过干燥腔的作业气体的作业变量是这样来控制和监测，通过控制和监测第一组所控的作业变量包括所要脱除物质在产品中的含量x和干燥腔内的压力状态z，而且根据所控的作业变量x、或z的改变，第二组操纵作业变量的一个或多个作业变量，包括作业气体供给流量a和排放流量e，使所要脱除物质在作业气体中的含量x和干燥腔内的压力状态z独立控制，且其中供给流量a根据排放流量e进行补偿。
下面虽然本发明将通过由包括干燥含水产品和含水或湿气的空气所构成的干燥作业的例子进行例举，但它也适用于所有类型的干燥作业，其中产品处于或通过有作业气体从中流过的干燥腔且其中作业气体从产品旁通过或穿过，从而使某种物质为作业气体所吸取，自产品脱除和随作业气体输送出干燥腔。当然，这种作业包括在连续或基本连续的作业中水自含水产品的脱除，产品诸如纸、片岩、矿棉或玻璃棉板、陶瓷等，以及一些产品的分批处理作用，诸如矿物和／或纸、食品、木材、木片等的成型件，而且也用于诸如在成型件或纸幅材料的涂漆、溶剂或粘合剂的蒸发干燥等有关的干燥作用。在应用本发明的连续作业中，作业气体和产品的相对流动可以平行流动、相向流动、交叉流动或上述流动类型的组合。
根据一优选实施例，本发明的方法用于在一干燥作业中控制基本包括空气的作业气体的作业变量，其中所干燥的产品含有水，且其中水在干燥作业中蒸发，为作业空气所吸取，且随作业作业气体输送出干燥腔，作业空气水含量x和干燥腔压力状态z相互独立控制，且供给空气流量a根据排放空气流量e的改变进行补偿。采用本发明的方法控制主要包括空气的作业气体的作业变量特别有利，该气体通过布置在产品路径旁的干燥腔，其中诸如纸板或矿物质板的含水产品，以基本连续的方式通过，其中随着产品和作业气体通过干燥腔，它们相互接触，使水由作业气体吸取，自产品脱除并随作业气体输送到干燥腔外，且其中作业气体的水含量x和干燥腔内的压力状态z相互独立控制，且输入空气流量a根据排放空气流量e的改变进行补偿。
所要脱除物质在作业气体中的含量x，例如空气中的水含量用例如气体分析、物质感测传感装置、露点传感器等合适的传感装置测量，最好用第一控制回路控制，x的测量变量值与操纵作业变量作业气体排放流量e相关并受其控制。同样，干燥罩内的压力状态z由零位表示，该位在罩内，即罩内压力等于罩外压力的点。该压力状态，或零位z通过用于罩压力状态的第二控制回路控制，上述干燥罩内零位与操纵作业变量气体供给流量a相关并受其控制。供给和排放流量a用传统装置控制，例如气流调节器或速度可控风扇。当采用气流调节器时，作业变量a和e经常表示为气流调节器的相对开口度。
一种控制范例，用于在作业空气流过干燥腔的干燥作用中监测和控制作业变量，以控制腔内的干燥条件，其包括-该干燥作用；
-呈脱除物质的控制的作业变量在作业空气含量x和罩压力状态z形式的输出变量；-呈操纵作业变量作业气体供给流量a和作业气体排放流量e形式的输入变量；-带有有关致动器的控制器，布置为根据本发明，按照所控作业变量的改变，通过调节操纵作业变量，控制干燥作用的作业气体；-两个相互独立、退耦的控制回路；从而-第一独立控制回路布置为通过供给空气流量a控制作业空气水含量；-第二独立控制回路，布置为通过排放空气流量e控制干燥罩内的压力状态；和-两控制回路的退耦是前馈退耦，且提供有根据排放空气流量e的变化补偿供给空气流量a的装置。
根据本发明的又一实施例，两控制回路均连接到作业空气、露点x和零位z的动态模型，通过合适的致动器，例如气流调节器或速度可控风扇，分别与排放流量e和供给空气流量a的设定相关。
两控制回路最好是闭合的，各自包括一特别针对各回路的校正函数，根据控制回路的动态情况校正操纵作业变量。
根据一优选实施例，两控制回路包括两串联的控制器，其中-在其输入侧，第一控制器连接到输出变量(x、z)和动态作用模型，且在其输出侧连接到第二控制回路的输入侧；和-在其输入侧，第二控制器连接到第一控制器的输出，而一用于接收外部操作点的外部装置在其输出侧通过回路专有校正功能连接到该作用和动态作用模型。
一种用于实施本发明方法的装置，其包括一干燥腔罩，用于控制进入干燥腔和产品的作业气体供给流量的致动器和用于控制来自干燥腔和产品的作业气体输出流量的致动器，传感装置和用于确定自产品蒸发的物质在作业气体中含量和干燥腔内压力状态这两个控制变量的其它测量装置，控制器和控制系统，其特征为两个独立且退耦的控制回路，其中-第一控制回路布置为通过作业气体输出流量e控制自产品蒸发的物质在作业气体中的含量；
-第二控制回路布置为通过作业气体供给流量a控制干燥腔内的压力状态；上述回路布置为相互独立，且通过至少一个前馈过滤器退耦，过滤器用于根据作业气体输出流量e的改变补偿作业气体供给流量a。两回路最好均为闭合回路，且各自包括一回路专有过滤器，用于校正控制系统对各回路的操纵作业变量的影响。
根据一个实施例，每个回路均连接到一带软件的电子单元，其形式为作业气体的动态模型。
根据本发明的优选实施例，各控制回路包括两个串联布置的控制器，第一控制器提供有输出变量(x、z)的第一输入，动态作用模型的第二输入，和连接到第二控制器的输入的一个输出，而第二控制器提供有连接到第一控制器的输出的第一输入，连接到用于接收外部操作点的一外单元的第二输入和通过回路专有校正过滤器连接到该作业和动态作用模型的输出。
根据另一实施例，控制系统包括带必要软件的电子装置，用于-通过作业气体输出流量e和供给流量a分别独立控制自产品吸取的物质在作业气体中的含量x和压力状态z，-根据作业气体输出流量e的变化补偿作业气体供给流量a；-用于动态作用模型；和-用于过滤器函数。
附图现在将借助优选实施例并参照附图就本发明做更详细的说明，其中
图1示意性地给出了作用的预期模型和控制作业变量对操纵作业变量的依赖关系；图2示意性地给出了补偿单元的概念性结构，其包括图1所示作用模型的前馈过滤器；图3示意性地给出了一个包括所控作用的内部动态模型的控制回路。一个IMC控制回路；图4表示根据本发明优选实施例的控制系统包括两个用于干燥腔内作业气体的IMC控制的独立和互不联系的控制回路。
附图的详细说明为了监测和控制流过用于干燥产品的干燥腔的作业气体，且由此影响根据本发明干燥腔内的干燥条件，采用了一种控制范例，它通过两个监测和两个操纵作业变量来监测和控制干燥作用，且它包括两个控制回路，上述变量成对相关，例如一个监测和一个操纵作业变量与各回路相关。除了必要的传感装置和致动器，例如一个用于各监测作业变量的传感器和用于各操纵作业变量的致动器，以及一个控制器外，各回路最好包括一个所控作业的模型。再进一步，两个回路在一个退耦系统中共同应用。该控制范例包括两个控制回路，在一退耦系统中布置在一起，各自包括一个作用模型，而且可能还包括呈过滤器形式的补偿传递函数，以保证在对根据本发明的干燥作用中流过干燥腔的作业气体进行的控制中，操纵作业变量设定值的变化仅影响两个监测作业变量中的一个，使另一个作业变量基本不受影响。以这种方式，两个监测作业变量，可以独立地进行监测和控制，尽管一个或两个监测作业变量可以受到两个操纵作业变量的影响。
图1给出了作业气体10的一个简单模型。出于控制流过产品在其中干燥的干燥腔内的作业气体10的目的，在干燥作用中，气体和产品相互接触，自产品蒸发的物质由气体吸取并随气体传递到干燥腔外，已经证明有必要监测和操纵以下变量-自产品蒸发的物质在作业气体中的含量x；和-干燥罩内的压力和压力状态z，它通常用罩内的零位表示，即罩内压力等于环境压力的罩内压力水平。
根据本发明，监测上述两个变量x、z可以是连续测量也可是取样。随后它们将与影响该监测变量且用于控制该变量的两个操纵作业变量建立相关。上述操纵变量分别是提供到干燥腔内的作业气体的进入流量或提供流量Qa，和离开干燥腔的作业气体的输出流量Qe。根据图1所示的预期作用模型，操纵变量提供流量a仅影响零位z，而另一个操纵变量输出流量e，影响零位z和自产品所吸的物质在气体中的含量x两者。
对于操纵变量a和e的改变，测量变量x和z的动态改变可以通过不同分作业的线性传递函数的系统进行估算。虽然对于不同的腔，上述控制变量及其内部关系是变化的，但是它们可以通过简单的试验很容易地确定，所谓的冲击试验。输入和输出变量一般表示为预定操作点的偏差。用于汇总作业空气10且由此描述干燥罩内作业空气的变量之间关系的总的线性模型包括三个传递函数，Gxe、Gze和Gza。正如已经提到的，气体输出流量e影响自产品蒸发的物质在作业气体中的含量x和干燥腔内的压力状态z两者。为了便于控制作业气体的作业变量，根据本发明，x通过包括两个控制回路的控制范例进行控制，两回路在一退耦系统中布置在一起，即包括最好呈过滤器22形式的前馈补偿单元20和与回路相连布置，以便能单独控制它们的控制单元21。由此控制范例所实现的过作业程控制的方便性保证了操纵作业变量输出流量e设定值的改变仅影响作业变量x，而作业变量z基本不受影响。尽管事实上气体输出流量e对z和x两者都有影响，但以这种方式两个监测的作业变量可以独立地监测和控制。在图2中，给出了用于两个单独的控制回路的前馈过滤器的简单结构包括具有过滤器22的补偿单元20，它具有补偿传递函数Ff，通过它，表示气体供给流量可以对输出流量e中的变化进行补偿，其中e’表示x的致动器，a’表示z的致动器。当控制回路自供给流量a至z的时间常数Tze等于控制回路自输出流量e至z的时间常数Tza时，过滤器传递函数Ff变为常数，且它一般可以假设为Tze=-Tza，即Ff(s)=1。通过过滤器传递函数的直观表述，随后可推导出z只取决于输出和供给流量的差。
IMC，或称内部模型控制是众所周知和经过试验的控制范例，它包括所控作业的模型32。图3以框图形式给出了IMC控制回路的基本结构。采用这种类型的作业控制要求两点-所控作用的模型G0，具有算法模型，它是描述作业变量，测量变量和操纵变量之间关系的，通常以带有必要的软件32的电子单元形式提供；-回路专有传递函数F，它描述系统内的闭环控制回路，校正控制系统的影响，最好以回路专有过滤器34的形式提供。示于图3中的IMC控制回路的实施例包括-测量第一作业变量y的传感器；-操纵影响第一作业变量y的第二作业变量u的致动器；-第一控制单元31，带有与传感器312相连的第一输入和连接到描述该作用的作用模型G0的第二输入311，和连接到与控制单元31串联的第二控制单元33的输入331的输出313；-第二控制单元33，其具有连接到第一控制单元的输出313的第一输入331，用于接受外部操作点的第二输入，和通过回路专有过滤器34连接到作业模型32和作业10的输出333；-回路专有过滤器34，其中来自第二控制单元的输出33的信号在输送到致动器u和作业模型32之前得到校正。
在例如1989年Prentice Hall出版的编号为ISBNO-13-782153-0的由M．Morari和E．Zafiriou所著的《牢固的作业控制》一书中，对IMC有更详细的说明。
在根据本发明的作业10中，气体的x和z通过示于图4的控制范例控制，该范例包括两个分别由两个控制回路得到的独立的控制回路的退耦系统，其包括-气体输出流量--吸自产品的物质在气体中的含量；和-气体供给流量--干燥腔内的压力状态。
以上两个回路均基于IMC技术，即除了必要的传感器41、51，控制器43、53、44、54和致动器46、56之外，它们至少包括一个作用模型42、52，用于描述干燥腔内自产品吸收的含有气体的物质的动态状况，且特别是作业气体的输入和输出流量对自产品吸收的物质气体含量和／或对干燥腔内压力状态的影响，一个回路专有传递函数，一个回路专有过滤器45、55。该回路与一带有前馈补偿单元15的退耦系统配合，其中表示供给流量的变量a根据输出流量e的变化进行补偿。这样，该作业的两个基本作业变量可基本相互独立地进行控制，使作用10具有简单可靠的作用控制，它高度稳固且对紊流的敏感性低，它使与质量和作用经济性有关的预期目标能够实现。在图4所示的作业系统的框图用于本发明的实施例中。该系统包括带有两个退耦控制回路的控制范例，第一个用于气体输出流量--自产品吸收的物质在气体中的含量，而第二个用于气体供给流量--干燥腔内的压力状态，输出空气--水含量。第一控制回路布置为控制自产品吸收的物质在作业气体中的含量，且除了作业10和在退耦系统中谐调回路的前馈补偿装置15外，其包括-一个传感器或其它变换器51，用于确定自产品吸取的物质在作业气体中的含量或数量和确定作业变量x的实际值；-一个用于输出流量e的致动器56，例如气流调节器或速度可控风扇；-一个带有连接到传感器51的第一输入的和连接到所控干燥作用模型Gza0的第二输入的第一控制器53，最好与自产品吸取的物质在作业气体中的含量、输出流量的关系，以及它们与其它作业变量的关系相关联，和连接到与上述第一控制器53串联布置的第二控制器54的输出；-一个第二控制器54，第一输入连接到第一控制器的输出且第二输入用于接收外部操作点x-ref，和一通过带有校正函数Ff的回路专有过滤器55连接到作用10和作用模型52的输出，其中来自第二控制器54输出的信号在输送到致动器56和作用模型52之前根据控制系统影响进行校正。第二控制回路布置为控制干燥腔内的压力状态，且除了作用10和在退耦系统中谐调该回路的前馈补偿单元15之外，其包括-一传感器41或其它变换装置，用于确定例如呈零位形式的腔内压力状态的实际值z；-一作业气体供给流量a的致动器46，例如气流调节器或速度可控风扇；-一第一控制器43，其具有连接到零位测量装置的第一输入和连接到所控作用的模型Gxeo的第二输入，最好与腔内的压力，作业气体供给流量及其与其它变量的关系相关联，且一输出连接到与上述第一控制器43串联布置的第二控制器44；-一第二控制器44，其具有连接到第一控制器43的输出的第一输入，和用于接收外部操作点z-ref的第二输入，和通过带有校正函数F2的回路特别过滤器45连接到作用10和作用模型的输出；-一带有函数F2的回路专有过滤器45，其中来自第二控制器44输出的控制信号在输送到致动器46和作用模型42之前根据控制系统的影响进行校正。
作用模型Gza0和Gxe0是带有双极和增益的线性模型。它们没有零值。没有时间延迟。回路专有过滤器45、55是这样选择和设计的，闭合回路基本表示与对应的开放控制回路相同的动态参数，但是其时间常数不同于由开放的、传统控制回路所控制的相应作用的时间常数。为了便于启动根据本发明的作用，即使调谐标定尽可能地容易，模型中所用的许多量纲参数最好预先确定。在该作用中，如上所述和图1所示的模型是适用的，对于每个具体干燥作用和烘干罩，仅有两个参数需要确定，即时间常数T和增益K。为了便于调谐，包括在回路专有过滤器45、55的函数F1和F2内的量纲参数给出自给定作业模型推导出的默认值。众所周知，自预期值至输出信号的传递函数即理想状态下(G0=G)的闭合回路传递函数是Gc=GF且相同状态下自紊流至输出信号的传递函数，敏感度函数为S=1-G0F．如果闭合回路的预期传递函数是Gd(s)=1(1+sTd2)2]]>且相应开放回路的传递函数是G(s)=K(1+sT2)2]]>那么一个选择是F(s)=1K(1+sT2)2(1+sTd2)2]]>由此，随之而来的是只剩下一个调谐参数，即闭合回路的时间常数Td，它随装置而变，但是为了便于干燥作用的试运行，它可以表示为开放回路的时间常数T的倍数Td=τT该倍数或系数τ易于理解；如果τ＜1，那么闭合回路系统快于开放回路的系统，而如果τ＞1，那么闭合回路系统慢于开放回路系统。τ值高使系统更加牢靠，当然，对于τ也可采用默认值。
以前馈过滤器15的形式退耦的补偿设定为Ff(s)=-Gze(s)Gza(s)]]>且只要其它均未知，可以假设传递函数Gze和Gza之间的差别仅是符号相反，这样，构成退耦15的补偿过滤器可以设定为Ff(s)=1。
根据本发明的作用调谐迅速，但是如果需要，也可以采用更精确的方法，当然也更费时间。对于在不复杂的干燥条件下的校准，确定系统中时间常数和增益系数的值即可，即描述控制回路的动态状况的全部四个量纲参数。如上所述，增益系数和时间常数可以通过冲击试验来估算。冲击试验包括操纵作业变量的巨大改变，它是通过布置为调节上述变量的致动器，即气流调节器的设定值的巨大改变，和控制作业变量x和z改变的相关记录来实现的。
对于就产品的水分含量和湿度场的控制有更高要求的应用场合，例如具有特定质量的纸张或干燥作用更敏感的其它条件下和要求对干燥腔内的作业气体进行更彻底的控制时，也可以考虑其它参数，例如-描述根据本发明所用的闭合控制回路和相应开放控制回路之间关系的倍数或系数τ；-传递函数Gze和Gza，如果它们变化，影响根据输出流量e的改变对输入气体流量所进行的补偿。
根据本发明的作用包括根据以上所述的控制范例，带有内置作用模型和自产品吸取的物质，例如水在气体中的含量以及干燥腔内的压力状态，例如以干燥腔零位表示的控制回路的退耦，采用本发明的作用，除了稳定的产品湿度场和良好的加热经济性外，还有可能获得以下优点-易于调谐，在标准情况下仅需要两次冲击试验；-自产品吸取的物质在气体中含量和干燥腔内的压力状态之间的相互影响最小，增加了干燥作用的稳定性；-灵活性，对于传递函数或影响该作用或控制系统的其它函数中的非线性因素易于调节；-对紊流抑制强，来自噪音和紊流的影响最小；-可靠性，允许改变该作用或纸张，对作用的良好功能没有影响。
上述优点和本发明的主要目的通过包括在作用模型的函数、回路专有过滤器、用于根据输出空气流量e的改变补偿输入空气流量a的补偿用前馈过滤器来实现，结合在描述作业空气和控制系统本身的动态状况并进行补偿的控制系统内。
权利要求
1．一种控制通过一干燥腔的作业气体(10)的作业变量的方法，该作业气体在通过上述干燥腔的作用中，被导引到一产品旁或通过该产品，使得某种物质为该作业气体所吸收，使该物质至少部分自该产品脱离，并随作业气体输送到干燥腔之外，自干燥腔流出的作业气体的作业变量通过监测和控制包括自产品脱除的物质在作业气体中的含量(x)的第一组作业变量来控制和监测，且对干燥腔内的压力状态(z)进行监测和控制，且其中构成第二组操纵作业变量一部分的一个或多个作业变量，包括作业气体供给流量(a)和输出流量(e)，根据一个控制作业变量(x、z)的改变进行操纵，其特征在于自产品脱除的物质在作业气体中含量(x)和干燥腔内的压力状态(z)是各自独立控制的，且根据输出流量(e)的变化对供给流量(a)进行补偿。
2．如权利要求1所述的方法，用于在干燥作用中控制作业气体(10)的作业变量，作业气体基本上包括空气，干燥的产品含有水，且在干燥作用中水自产品脱除，由作业空气吸取并随作业空气输送到干燥腔外，其特征在于，作业空气的水含量(x)和干燥腔内的压力状态(z)是各自独立控制的，且根据输出空气流量(e)的变化对供给空气流量(a)进行补偿。
3．如权利要求2所述的方法，用于控制作业气体(10)的作业变量，该作业气体基本包括穿过邻近产品路径布置的干燥腔的空气，在干燥腔内，诸如纸或基于矿物质的板材基本是连续地通过干燥腔，且其中，在产品和作业气体通过干燥腔的作用中，它们相互接触，因此水被作业空气所吸取并自产品脱除且随作业空气输送到干燥腔外，其特征在于，作业空气的水含量(x)和干燥腔内的压力状态(z)是各自独立控制的，且根据输出空气流量(e)的变化对供给空气流量(a)进行补偿。
4．如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，自产品脱除的物质在作业气体(10)中的含量是通过第一控制回路控制的，上述自产品脱除的物质在作业气体中的含量与操纵作业变量输出流量(e)有关并受其控制，且干燥腔内的压力状态(z)通过第二控制回路控制，上述干燥腔内的压力状态(z)与操纵作业变量供给流量(a)有关，并受其控制。
5．如以上任一款权利要求所述的方法，其特征在于，自产品脱除的物质在作业气体(10)中的含量(x)与操纵作业变量输出流量(e)的设定有关，因此采用了包括在第一控制回路内的作用模型Gxe0(52)，且干燥腔内的压力状态(z)与操纵作业变量供给流量(a)的设定有关，因此采用了包括在第二控制回路内的作用模型Gza0(42)。
6．如以上权利要求任一款所述的方法，其特征在于，两个控制回路是闭合的，且各回路的操纵作业变量(a、e)的值根据控制回路的动态情况的影响借助于包括在各控制回路内的回路特别校正函数(F1、F2)(45、55)进行校正。
7．如以上权利要求任一款所述的方法，其特征在于，干燥腔内的压力状态(z)由干燥腔内的零位来确定和表示。
8．如以上权利要求任一款所述的方法，其特征在于，操纵作业变量作业气体供给流量(a)和输出流量(e)中至少有一个通过气流调节器(56、46)调节，并以气流调节器的相对开口度表示。
9．如以上权利要求任一款所述的方法，其特征在于，操纵作业变量作业气体供给流量(a)和输出流量(e)中至少有一个通过速度可控风机(56、46)来调节。
10．一种控制范例，用于控制作业气体(10)的作业变量，在产品流通过干燥腔干燥的作用中，该作业气体与产品相接触，并吸取自产品释放出的物质，并将上述物质自干燥腔输送出去，输出变量包括自产品吸取的物质在作业气体中的含量(x)和干燥腔内的压力状态(z)，输入变量包括作业气体供给流量(a)和输出流量(e)，和用于根据一个所控变量的变化通过调节一个操纵作业变量控制干燥作用的控制器和致动器，其特征在于，该控制范例包括两个独立的、退耦控制回路，第一独立的控制回路布置为通过作业气体输出流量(e)控制自产品蒸发的物质在作业气体中的含量(x)，且第二个独立的控制回路布置为通过作业气体供给流量(a)控制干燥腔内的压力状态(z)，且两控制回路的退耦是前馈退耦，且提供有根据作业气体输出流量(e)的变化补偿作业气体供给流量(a)的装置。
11．如权利要求10所述的控制范例，其特征在于，两控制回路均与干燥作用的动态模型(Gxe0、Gza0)相连．
12．如权利要求10或11所述的控制范例，其特征在于，两控制回路均是闭合的，且包括特别针对各控制回路的校正函数(F1、F2)(45、55)，用于校正控制系统对各回路的操纵作业变量(a、e)的影响。
13．如权利要求10至12任一款所述的控制范例，其特征在于，两控制回路均包括两个串联的控制器(43、44、53、54)，第一控制器(43、53)在其输入侧连接到输出变量(x、z)和动态作用模型，而在其输出侧连接到第二控制器的输入侧，而第二控制器在其输入侧连接到第一控制器的输出和用于接收操作外部点(x-ref、z-ref)的外部单元，且在其输出侧通过回路专有校正函数连接到该作用和动态作用模型。
14．用于根据权利要求1至9任一款实施对某种产品进行干燥的作用的装置，其包括干燥腔，用于控制通过干燥腔的作业气体流的作业变量的致动器，包括用于控制进入干燥腔的作业气体供给流量的致动器(46)和用于控制出自干燥腔的输出流量的致动器(56)，传感装置(41、51)和其它测量装置，用于确定作业气体的受控作业变量，即自产品脱离的物质在作业气体中的含量和干燥腔内的压力状态，以及控制器，其特征在于，该控制系统包括两个独立、退耦的控制回路，因此-第一控制回路设计为通过作业气体输出流量(e)控制自产品所吸取的物质在作业气体中的含量(x)；-第二控制回路设计为通过作业气体供给流量(a)控制干燥腔内的压力状态(z)；和-两回路相互独立，且通过至少一个用于根据输出流量(e)的改变补偿作业气体供给流量(a)的前馈过滤器(15)进行退耦。
15．如权利要求14所述的装置，其特征在于，两上述回路均连接到带有呈干燥作用的动态模型形式的软件的电子单元(42、52)。
16．如权利要求14或15的装置，其特征在于，上述两回路均是闭合的且分别包括带有函数(F1、F2)的回路专有过滤器(45、55)，用于校正控制系统对于相应回路的操纵作业变量(a、e)的影响。
17．如权利要求14至16所述的装置，其特征在于，上述两回路均包括两个串联的控制器(43、44、53、54)，第一控制器提供有用于确定输出变量(x、z)所用的传感装置(41、51)的第一输入、用于动态作用模型(42、52)的第二输入、和联接到第二控制器(44、54)的输入的输出，且第二控制器(44，54)提供有连接到第一控制器的输出的第一输入和联接到用于接收操作的外部点(x-ref，z-ref)的外部单元的第二输入和通过回路专有校正过滤器(45、55)连接到该作用(10)和动态作用模型(42、52)的输出。
18．如权利要求14至17任一款所述的装置，其特征在于，该控制系统包括带有必要软件的电子单元，软件用于-分别通过作业气体(10)输出流量(e)和供给流量(a)，通过传感装置(41、51)、控制器(43、44、53、54)和致动器(46、56)，独立地控制自产品吸取的物质在作业气体中的含量(x)，和干燥腔内的压力状态(z)；-用于根据作业气体输出流量(e)的变化，在补偿单元(15)内补偿作业气体供给流量(a)；-用于动态作用模型(52、42)；和-用于过滤函数(45、55)。
全文摘要
一种在干燥腔内烘干一种产品的作用中控制作业气体(10)的方法和装置,其中该作业气体与该产品接触,所以该物质(例如水)被作业气体所吸取并随该作业气体输出干燥腔。本发明还涉及一种用于作业气体(10)作业变量的控制范例。在该作用中,且借助该装置,对包括自该产品脱除的物质在作业气体中的含量(x)和干燥罩内的压力状态(z)的第一组作业变量进行监测和控制。根据控制作业变量(x、z)之一的变化,对构成第二组作业变量之一部分的一个或多个作业变量,包括作业气体供给流量(a)和输出流量(e)进行控制,从而控制该作用,而且自产品脱除的物质在作业气体中的含量(x)和干燥腔内的压力状态(z)相互独立控制,且作业气体供给流量(a)根据作业气体输出流量(e)的变化进行补偿。
文档编号G05D7/06GK1280663SQ98811830
公开日2001年1月17日 申请日期1998年10月2日 优先权日1997年10月3日
发明者K·富尔斯曼, R·希格范特 申请人:Abb股份有限公司