玉米干燥特性分类与水分智能预测方法的研究

摘要

粮食干燥是一个复杂的热质交换过程。干燥系统是一个大时滞、多干扰的强非线性系统。在干燥过程中，粮食在干燥塔内的时间达8小时左右。环境的温度、湿度、热风温度、湿度以及原粮含水率和原粮含水率的不均等都对出机粮水分有重要影响。对于这样的大时滞强非线性系统，用传统控制理论中的反馈和前馈控制都无法解决。在粮食干燥过程中，热风与粮食热传递与水分传递，将直接影响粮食与热风混合后在干燥机内的动态平衡温度。因此，干燥机内各干燥段和缓苏段的动态平衡温度可以作为衡量粮食热质交换过程状态重要的综合指标，即干燥机内固定点的粮气平衡温度可标明粮食出水率的大小，而某一段粮食在干燥机内不同位置的温度变化规律又能反映出该段粮食的干燥特性。另一方面，温度检测的可靠性和及时性又可以提高系统操作和控制的实时性，大大克服干燥过程因大滞后而难控制的不足。 本文以四段式顺流干燥机的玉米干燥过程为研究对象，通过大量的工业现场试验，提出了以监测干燥过程中粮气混合温度为手段，预测玉米干燥特性和玉米入机粮含水率，指导现场操作控制的新方法。本文主要完成以下几方面的工作。 (1)设计制造了粮食干燥机智能监控设备。该设备主要由传感器、主机箱和液晶显示器三部分组成。整个设备采用模块化设计思想设计，主机箱为壁挂式结构，体积小、重量轻、防尘和抗干扰能力强。 (2)研究了通过温度监测来指导现场操作，间接控制出机粮含水率的控制方案。该方案对干燥过程中各干燥段和缓苏段的温度进行监测，根据各个温度参数变化的特点，指导现场操作者及时调节干燥机的热风温度和排粮速度，克服了传统控制方法中只能在干燥过程结束后依靠检测出机粮含水率来反应干燥过程情况的滞后性。 (3)设计并编制智能监控和分析软件。监控软件的主要功能包括控制系统的起停、对系统进行设定、显示并记录干燥过程中的各项参数、对干燥过程各项工艺参数的推算等。 (4)通过对试验数据的分析，提出了玉米颗粒内部结合水活化概念和按结合水活化对玉米干燥特性的进行分类方法。并按此方法将玉米分为第三干燥段活性型、低水分粮型、结合水连续活化性型和结合水慢性活化型四类。 (5)建立了入机粮含水率模糊预测模型。通过入机粮温度、高温风温、高温干燥2段温度和高温缓苏2段温度=预测入机粮的含水率。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1应用背景及意义

1.2研究现状

1.2.1理论研究

1.2.2实际应用情况

1.2.3存在的问题

1.3本文所做的研究工作

第二章干燥监测系统硬件设计

2.1系统硬件总体设计

2.2 PC104总线工控机

2.3 HXL/511P多功能数据采集板

2.4硬件设计

2.4.1箱体设计

2.4.2电源设计

2.4.3信号转接板设计

2.4.4键盘设计

2.4.5变频器控制设计

2.5接线方式

2.6本章小结

第三章系统软件设计

3.1软件总体设计

3.2工具软件介绍

3.3系统分析与设计

3.3.1系统分析

3.3.2系统设计

3.4干燥监测系统的软件实现

3.4.1主对话框类的实现

3.4.2塔结构类的实现

3.4.3传感器标定类的实现

3.4.4系统参数的统计计算方法

3.4.5当前粮情统计分析类的实现

3.4.6历史数据统计分析

3.5系统功能介绍

3.5.1排粮速度计算功能

3.5.2原粮含水率变化预测功能

3.5.3粮食结合水含量预测功能

3.5.4各层温度检测功能

3.5.5系统统计功能

3.5.6粮食干燥过程的系统工艺参数推算

3.5.7系统报警功能

3.6系统调试方法

3.7本章小结

第四章玉米干燥特性分类方法的试验研究

4.1试验结果

4.2温度变化特征与干燥特性分类

4.3本章小结

第五章入机粮含水率预测模型

5.1干燥过程分析

5.2入机粮含水率预测模型的建立

5.2.1模糊模型的选择

5.2.2入机粮含水率模糊预测模型

5.3预测结果分析

5.4本章小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢