流漿箱控制策略

PAGEPAGE１５流漿箱控制策略流漿箱是抄紙過(guò)程中的一個(gè)重要設(shè)備，成紙的勻度，縱橫向撕裂度等許多重要理指標(biāo)都取決于流漿箱的工況。氣墊式流漿漿箱是隨著紙機(jī)速度提高而出現(xiàn)的新一代流漿箱，一般用于250米/分以上的紙機(jī)，其主要控制參數(shù)有三個(gè)，即漿的液位，唇板處的總壓及漿/網(wǎng)速比?？倝嚎刂瓶墒箛娚涞骄W(wǎng)上的紙漿的速度保持連續(xù)一致，從而保證紙纖維分布均勻。液位控制的目的為了獲得紙漿流域以保持適當(dāng)?shù)耐牧鱽?lái)限制纖維的絮聚。漿速/網(wǎng)速比對(duì)紙頁(yè)的成開(kāi)有和結(jié)構(gòu)有著決定性的影響，是影響成紙物理性能的重要因素。上述三個(gè)參數(shù)互相關(guān)聯(lián)，用單回路控制器難以完成，因此需使用工業(yè)控制微機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。5.1氣墊式流漿箱的工作原理分析圖1是氣墊式流漿箱系統(tǒng)示意圖，圖中FW為流漿箱內(nèi)噴水量，F(xiàn)AI為流漿箱氣墊空氣流入量，F(xiàn)V為流漿箱內(nèi)益流量，CO為流漿箱出漿濃度，F(xiàn)R為流漿箱進(jìn)漿回流量。在氣墊式流漿箱中，噴漿速度V與流漿箱總壓頭P有如下關(guān)系式：式中為與紙料性質(zhì)和網(wǎng)前箱形狀有關(guān)的系數(shù)。總壓頭P是氣墊壓力（P氣）和漿位靜壓（H漿·r）。因此，調(diào)節(jié)漿位與氣墊壓力或調(diào)節(jié)總壓頭，都可以調(diào)節(jié)噴漿速度。在總壓頭和漿位兩個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)中，關(guān)鍵是穩(wěn)定總壓頭，以穩(wěn)定漿速。漿位控制的目的僅僅是為了紙料在網(wǎng)前箱輸送過(guò)程中保持所需要的流動(dòng)特性，在總壓頭不變的前提下，小范圍的漿位波動(dòng)是允許的。5.2流漿箱調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成圖2是描述流漿箱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)濕部流程圖。從流送系統(tǒng)送來(lái)的漿料經(jīng)過(guò)控制閥門進(jìn)入流漿箱，流漿箱按要求的流量和速度把漿料噴到網(wǎng)上，經(jīng)網(wǎng)上脫水成形形成濕紙頁(yè)。圖2流漿箱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程圖5.3四種氣墊流漿箱自動(dòng)調(diào)節(jié)方案分析在圖2中，流漿箱總壓和漿位是被控變量，進(jìn)漿量和壓縮空氣流出量是控制量，根據(jù)選取被控變量和控制量的不同，氣墊式流漿箱自動(dòng)控制有四種方案。方案1：如圖3所示，總壓的控制是通過(guò)總壓調(diào)節(jié)器（PC）改變漿料調(diào)節(jié)閥門，即調(diào)節(jié)進(jìn)漿量去實(shí)現(xiàn)的。漿位的控制則由漿位調(diào)節(jié)器（LC）調(diào)節(jié)氣墊空氣流出量加以控制。圖3圖4方案2：如圖4所示，與方案1相反，通過(guò)調(diào)節(jié)氣墊空氣流出量去控制總壓，調(diào)節(jié)進(jìn)漿量去控制漿位。方案3：總壓和漿位調(diào)節(jié)方式與方案1相同，但是在方案3中流漿箱裝有內(nèi)溢流裝置。方案4：如圖5所示，是在方案1的基礎(chǔ)上增加了由漿速一網(wǎng)速比和總壓組成的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。方案4不但控制總壓和漿位，而且控制漿速一網(wǎng)速比，它是根據(jù)下述原理設(shè)計(jì)的。圖5已知漿速：（1）（2）漿速-網(wǎng)速比：（3）（4）（5）式（1）和式（2）代入式（5）得：（6）對(duì)式（6）兩邊平方得到：（7）式中，E0、VE0、VW0、TP0分別表示漿速一網(wǎng)速比、漿速、網(wǎng)速和總壓的靜態(tài)（穩(wěn)定）值，E、VE、VW、TP分別表示它們的動(dòng)態(tài)（變化）值。要保持漿速-網(wǎng)比穩(wěn)定的條件是：即（8）式（8）代入式（7）得：（9）只要流漿箱的總壓隨式（9）的規(guī)律變化，則漿速—網(wǎng)速比將保持穩(wěn)定不變。因此，若總壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器的給定值TPsp按（9）式隨網(wǎng)速的變化而計(jì)算出來(lái)，即：（10）則漿速—網(wǎng)速比將保持穩(wěn)定不變。這些任務(wù)是由總壓的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成的。5.4總壓和漿位神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦補(bǔ)償圖6流漿箱解耦控制原理圖對(duì)多變量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，耦合問(wèn)題是普遍存在的。因此采用解耦控制方法可提高多變量控制水平。系統(tǒng)的解耦分成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)解耦兩種形式。實(shí)際運(yùn)用中一般采用靜態(tài)解耦，因?yàn)榘磩?dòng)態(tài)解耦設(shè)計(jì)的補(bǔ)償器環(huán)節(jié)在物理上經(jīng)常是不可實(shí)現(xiàn)的或?qū)崿F(xiàn)起來(lái)過(guò)于復(fù)雜。但當(dāng)系統(tǒng)存在時(shí)變特性或具有明顯非線形時(shí)，要實(shí)現(xiàn)靜態(tài)解耦是不可能的，因?yàn)榇藭r(shí)要求解耦環(huán)節(jié)具有自適應(yīng)能力。人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的可訓(xùn)練性和結(jié)構(gòu)的通用性，使其具有自適應(yīng)能力，滿足解耦要求，從而構(gòu)成基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解耦控制。流漿箱（總壓和漿位）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制結(jié)構(gòu)圖如圖6示。圖中P為流漿箱對(duì)象，NN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦補(bǔ)償器，R1、R2為調(diào)節(jié)器，y1（總壓）、y2（漿位）為被控量，u1（進(jìn)漿量）、u2（壓縮空氣）為調(diào)節(jié)量。對(duì)于不同的補(bǔ)償解耦方案（即補(bǔ)償器處于不同的位置），其訓(xùn)練的具體方法不同。解耦的定量描述為，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償環(huán)節(jié)所要達(dá)到的目標(biāo)為普遍采用Bristol相對(duì)增益矩陣，它給出了系統(tǒng)耦合強(qiáng)度程度的描述。由于它的計(jì)算比較復(fù)雜，不適合作為在線訓(xùn)練的目標(biāo)。因此，本系統(tǒng)所采用的指標(biāo)是包括補(bǔ)償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的廣義的Bristol第一系數(shù)矩陣，即每一個(gè)受控變量關(guān)于控制量的靈敏度距陣(3.1)在系統(tǒng)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)位于調(diào)節(jié)器之前，所以廣義對(duì)象應(yīng)包括這些調(diào)節(jié)器。此時(shí)B矩陣可定義為(3.2)式中，Ej是偏差。相應(yīng)的解耦訓(xùn)練目標(biāo)為(3.3)式中，是所求的解耦系統(tǒng)的廣義對(duì)象增益，但此處包括調(diào)節(jié)器的增益，W為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練參數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練算法采用梯度算法(3.4)式中，為學(xué)習(xí)步長(zhǎng)。在足夠小時(shí)，應(yīng)選擇具有合理的足夠多內(nèi)部單元，且其作用函數(shù)使得E(W)對(duì)W可微，梯度算法總是收斂的。記為系統(tǒng)環(huán)節(jié)Q的第i個(gè)輸出和第j個(gè)輸入之間的靜態(tài)增益，其中Q可以是R（控制器），P（被控對(duì)象），或N（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）中的任一個(gè)。則由式（3.2）～式（3.4），BP算法公式可得(3.5)由圖5(3.6)(3.7)故有(3.8)(3.9)合并式（3.8）和式（3.9）可得(3.10)(3.11)式中，則直接與采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在實(shí)際控制系統(tǒng)，NN選BP網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)由一個(gè)輸入層、兩個(gè)隱層、一個(gè)輸出層組成。基于上述方程式(3.1)～(3.11)可實(shí)現(xiàn)流漿箱的解耦控制。5.5漿速—網(wǎng)速比控制在前面敘述的方案中，以漿速—網(wǎng)速比調(diào)節(jié)器（EC）為主環(huán)，總壓調(diào)節(jié)器（PC）為副環(huán)組成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。處于主環(huán)中的網(wǎng)速的干擾將由自動(dòng)地改變總壓調(diào)節(jié)器的給定值去加以克服，而