基于模糊控制的粮食烘干控制系统研究

陈洪军，高国丽

（1.吉林铁道职业技术学院 电气工程系，吉林 吉林 132002；2.吉林农业科技学院 电气与信息工程学院，吉林 吉林 132002）

基于模糊控制的粮食烘干控制系统研究

陈洪军1，高国丽2

（1.吉林铁道职业技术学院 电气工程系，吉林 吉林 132002；2.吉林农业科技学院 电气与信息工程学院，吉林 吉林 132002）

粮食烘干中热风烘干机使用广泛，通常塔式热风烘干机为PID控制算法，对于不同的粮食需要调节的控制参数不一样，超调量很难控制且整个系统参数的计算和调节的工作量非常巨大。模糊控制具有很强的鲁棒性和控制稳定性，能较为方便的实现对不同对象的控制，模糊推理机的塔式热风粮食烘干机系统的模糊控制算法，使其满足实际生产过程中的需要。

粮食烘干；热风塔式烘干机；模糊控制算法

1 热风塔式玉米烘干机

（1）烘干原理。塔式烘干机，利用热风对流的形式进行烘干。在预热段，粮食受热升温，粮食含水率变化小，干燥速度加快；烘干段，在混流热风的作用下，粮食内部水分以气态或液态形式沿毛细管转移到粮食表面，再由表面蒸发到干燥介质中去；缓苏段，主要起平衡粮食内外温湿，消除水分梯度，使粮粒内部水分逐渐外移；冷却段，将粮食温度降到安全温度不高于环境温度。

（2）结构。塔式烘干机由储粮段、预热段、烘干段、缓苏段、冷却段、排粮段、机架组成，配套部分包括热风炉、提升机、相关风网等。预热段、烘干段和冷却段内装置有角状盒，呈交替状并排排列。

（3）工艺流程。粮食由提升机提升进入储粮段，再经预热段升温、预热、烘干、缓苏，再烘干、缓苏的烘干降水过程后，然后对粮食进行冷却降温，最后进入排粮段将粮食排出。预热段热风来源于第二烘干段及冷却段的热风循环。烘干段与冷却段分别由热风风机与冷风风机打入热风与冷风。溢流的粮食从储粮段的溢流口经回流管回流到提升机。在整个烘干过程中，粮食自上而下均匀流动，热风对流穿透粮层，完成热交换后经排风口排出。

2 模糊控制系统

模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制系统，是一种从行为上模仿人的模糊推理和决策过程智能控制方法。将操作人员或专家的经验归结为模糊控制规则，然后把传感器信号模糊化，并用此模糊输入去适配控制规则，完成模糊逻辑推理，最后将模糊输出量进行清晰化处理，变为模拟量或数字量后送给执行器去控制被控对象。模糊控制由三个步骤组成，即模糊化、模糊推理、清晰化。其结构如图1所示。模糊控制器设计包括以下6点内容：①模糊控制器的结构选择与参数化；②模糊规则的选取；③知识库的建立；④确定模糊化和解模糊的方法；⑤模糊推理算子的选择；⑥控制性能的调整与完善。

图1 模糊控制原理图

3 玉米烘干过程的模糊控制算法实现

玉米烘干过程的目标是使玉米的水分降低到目标水平，主要是通过控制热风烘干塔来实现。其主要控制量是热风温度和送风量。为了提高温度控制的精度，设计了双输入双输出模糊控制器，将温度检测部分得到温度偏差e和偏差变化率△e作为模糊控制器的输入信号，输出量用来控制固态继电器，控制加热器的加热时间与送风强度，实现温度的调节。

（1）温度偏差的模糊化。温度偏差是指实测被控对象的温度减去设定温度值的差。将温度控制范围分为模糊控制区和确定控制区，以温度设定值的±0.5℃为界。温度在设定值

得±0.5℃为界。温度在设定值得±0.5℃以内为模糊控制区，以外为确定控制区。温度值比设定值小0.5℃，则系统满功率加热，风机满功率送风，温度值比设定值大0.5℃，则系统将强制冷却。而在模糊控制区，将温度偏差分为8个模糊状态：正的大温度偏差、正的中温度偏差、正的小温度偏差、正的零温度偏差、负的零温度偏差、负的小温度偏差、负的中温度偏差、负的大温度偏差。将温度偏差计算，分别给出了它们对8个模糊状态的隶属度值。

（2）温度变化的模糊化。由于温度变化是较慢的，将温度变化值在±0.4℃以内定义为模糊控制区，并将其分为7个模糊状态：正的大温度变化、正的中温度变化、正的小温度变化、零温度变化、负的小温度变化、负的中温度变化、负的大温度变化。将温度变化模糊控制区±0.4℃文为15段，分别给出了它们对7个模糊状态的隶属度值。对于大于+0.4℃的温度变化，取为+0.4℃；对于小于-0.4℃的温度变化，取为-0.4℃。

（3）控制输出的模糊化。将控制其输出状态规定为17种，分别对应于不同的加热器和通风机组合，它们的定义如下：-8/-7/-6：通风最大，加热器全关；-5/-4：通风量中，加热器全关；-3/-2：通风量小，加热器全关；-1/0：通风量不变，加热器全关；+1/+2：通风不变，加热器为1/3功率加热；+3/+4/+5：通风量中，加热器2/3功率加热；+6/+7/+8：通风量大，全功率加热；将这17种输出状态分为7个模糊输出状态，即：大功率加热、中公率加热、小功率加热、不加热，不冷却、小功率冷却、中功率冷却、大功率冷却。每种具体输出状态对这7个模糊状态的隶属度值。具体流程如图2所示。

图2 粮食烘干程序流程图

4 结语

建立粮食烘干过程中热风烘干机的模糊控制算法，对粮食升过程中的温度和风量进行了模糊以及去模糊的处理。相对于传统的PID控制，模糊控制的各项参数都优于传统的PID控制，模糊控制在粮食烘干过程中具有良好的鲁棒性和控制稳定性。对于提高整个粮食生产系统具有非常一定的意义。

［1］刘淑荣.模糊专家系统在粮食烘干控制过程中的应用［J］.现代电子技术，2003，（11）.

［2］赵学工.粮食烘干机过程控制系统的应用研究［J］.粮食加工，2007，（5）.

［3］程乐.粮食烘干机远程控制系统的研究［J］.科技创新导报，2012，（9）.

Research on Grain Drying Control System Based on Fuzzy Control

CHEN Hong-jun1，GAO Guo-li2

（1.Electrical Engineering Department，Jilin Railway Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132002，China；2.Electrical and Information Engineering Institute，Jilin Agricultural Science and Technology College，Jilin，Jilin 132002，China）

Hotair dryers arewidely applied in grain drying，normally towerhotair dryersare PID controlalgorithm.for differentgrains，adjustmentcontrolparameters are different.Overshootvolume is difficult to controland the system parameters calculation and adjustment is difficult.Fuzzy control has strong robustness and control stability，which can bemore convenient to realize the controlof differentobjects.Fuzzy controlalgorithm of tower food hotair dryer system of fuzzy inferencemachinemakes itmeet theneed in the processofactualproduction.

grain drying；hotwind towerdryer；fuzzy controlalgorithm

TP273

A

2095-980X（2016）11-0062-02

2016-10-07

陈洪军，主要研究方向：电气设计。