模糊控制在啤酒发酵中的应用概要.docx
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模糊控制在啤酒发酵中的应用概要
4结论
4.1由于废水pH显弱酸性,运行过程中需补充少量NaOH,控制IC进水pH在6.7以上。
因为工厂地理位置处在我国北方,所以冬季为使进水温度保持在28℃以上,需向预酸化池中添加蒸汽,经长时间的菌种驯化,该厂可将最低温度控制在27.5℃。
4.2IC反应器的使用大大节省了占地面积,很适用于用地紧张的场合。
4.3本工程投入使用,从根本上解决了对水环境的污染,受到良好的经济效益,社会效益及环境效益。
[参考文献]
[1]沈耀良,王宝贞.废水生物处理新技术-理论与应用(2版[M].北
京:
中国环境工程出版社,2006
[2]任南琪,王爱杰,等.厌氧生物技术原理与应用(1版[M].北京:
化学工业出版社,2004
表4主要经济参数指标
工程总投资/万元占地面积/m2劳动定员/人运行费用/元
数值1756210081.5备注其中700万为2007年污水改造费用
表5
IC反应器部分SCOD
原水/mg·L
-1
1550
IC反应器出水/mg·L-1
147
去除率/%90.5
表6
综合处理部分
指标COD/mg·L-1COD去除率/%BOD/mg·L-1BOD去除率/%SS/mg·L-1SS去除率/%
预酸化池2206-1089-
1156-IC反应器/%809639891100513
CIRCOX反应器7121225759980.7
气浮出水6890230.82098
砂滤出水5519210.9480
总去除率97.5
98.199.7收稿日期:
2009-05-13
作者简介:
马力(1987-,男,山东济阳人,大学本科,从事通讯于控
制方面的研究。
1
发酵温度变化控制
啤酒的发酵过程是利用酵母菌将麦汁中的糖类分解成酒精、
二氧化碳和活性物质的过程,所以发酵程度的好坏完全决定了啤酒的质量,而在发酵过程中,最重要的就是对温度的控
制,因为温度是酵母菌生长和繁殖的决定性因素。
发酵过程一般分为8个阶段,其中包括:
2个升温阶段,4个保温阶段,2个降温阶段。
发酵过程温度变化控制见图1。
发酵过程必须严格监控温度的变化,特别是图1中标注的①和②两个降温过程,且每小时温度变化幅度不能超过1℃。
因此控制温度的方法选择尤为重要,鉴于模糊控制可以直接与
经典控制方法相结合,可以把人类的经验直接融合进来,而不模糊控制在啤酒发酵中的应用
马力1,陶华2
(1.贵州大学明德学院,贵州贵阳550003;2.贵州大学理学院,贵州贵阳550025
摘要:
啤酒发酵过程最重要的是对温度的控制。
设计一个模糊控制器来调节冷却液阀门的流量实现对温度的控制。
控制过程可以实时设计控制器的输入,然后通过设计一个反馈修正,形成一个可以自动控制的闭环系统,实现自动化。
关键词:
啤酒发酵;温度控制;模糊控制器;闭环系统中图分类号:
TS262.5;TS261.4文献标识码:
B
ApplicationofFuzzyControlinBeerFermentation
MALi1,TAOHua2
(1.MingdeCollegeofGuizhouUniversity,Guiyang550003,Guizhou,China;2.CollegeofScienceofGuizhouUniversity,Guiyang550025,Guizhou,China
Abstract:
Beerfermentationprocessisthemostimportanttemperaturecontrol.Inthispaper,thedesignofafuzzycontrollertoregulatetheflowofcoolantvalvetoachievetemperaturecontrol.Controlprocesscanbeinputinreal-timecontrollerdesign,andthenbydesigningafeedbackamendment,theformationofaclosed-loopautomaticcontrolsystems,automation.Keywords:
beerfermentation;temperaturecontrol;fuzzycontroller;closed-loopsystem!
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文章编号:
1002-8110(200904-0073-03
·73·
第36卷第4期2009年7月
酿酒LIQUOR
MAKING
Vol.36.№.4July,2009
需要对整个模糊控制器建立模型等优点,本文选择了使用模糊控制的方法。
2系统构架
根据实际的需要,我们要控制的是冷却液的阀门开度,并
且要实现人工控制和反馈修正相结合。
本系统主要由5部分构成:
即输入、模糊控制器、冷却液阀门、检测系统、发酵罐。
输入是在控制室,可以由人工设定,这就需要在控制室和模糊控制器之间设计一个通信接口。
模糊控制器是系统的核心,主要处理输入数据,并产生相应的控制信号。
冷却液阀门是执行单位,冷却液流量的多少直接控制了发酵罐的温度。
发酵罐是被控对象,。
检测系统,主要是由温度采集器构成,将发酵罐的温度实时反馈给模糊控制器,帮助提高控制精度和实时控制。
系统控制原理见图2。
3输入通信接口
控制室和模糊控制器之间的通信,我们采用RS-485接
口。
RS-485接口采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。
加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。
RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。
RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。
应用RS-485可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
其通信距离可以从几十米到上千米。
RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性,长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为我们首选的串行接口。
4
模糊控制器
模糊逻辑理论在控制领域中的应用通常称作模糊控制。
模糊控制是一种正在兴起的能够提高工业自动化能力的控制技术。
通常由可编程控制器(PLC来实现的控制任务,均适合于采用模糊控制技术实现。
模糊控制依赖以所谓语言规则库所表征的实际应用知识。
而不必依赖于解析(经验的或理论的模型。
只要专门知识能够表达成规则形式的地方。
就能采用模糊控制技术。
这样就能利用可获得的知识来改进生产过程、完成各种任务。
本文所描述的模糊控制器的工作原理及结构如图3所示。
4.1输入和输出变量的模糊化
模糊控制过程,以从发酵罐反馈回来的温度误差e及误差变换率ec作为模糊控制器的输入变量,以冷却液阀门开度
TC为模糊控制器的输出变量。
输入变量可以是控制室人为的控制,也可以通过现场反馈来控制。
首先,先将两个输入变量模糊化为7级,分别为PL(正大、PM(正中、PS(正小、ZR(零、NL(负大、NM(负中、NS(负小
然后将输出变量模糊化为7级,分别为A(一档、B(二档
、C三档、D(四档、E(五档、F(六档、G(七档。
温度误差e及误差变换率ec,冷却液阀门开度TC都是实际论域上的连续变量,它们的论域为实数域上的一个连续区间,称为真实论域。
在本次控制系统中,真实论域要变换到模糊控制器的内部论域,即统一乘一个比例因子,变换到所要求的模糊控制器的论域上。
E、CE、TC的论域分别定义为:
e{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6};ec{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,l,2,3,4,5,6};TC{-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7};4.2定义输入和输出的隶属度
对于输人输出变量的隶属度函数,设计了图4和图5的函数。
隶属函数的形状,对控制效果的影响较大。
窄型隶属函数反映模糊集合具有高分辨率。
如果系统误差采用高分辨率模糊集合,则误差控制的灵敏度便高。
宽型隶属函数,反映模糊集合具有低分辨率。
当采用低分辨率的模糊集合时,控制的灵敏度低。
控制特性比较平稳。
一般在系统误差较大的范围内,采用具有低分辨率隶属函数的模糊集合,在系统误差较小或接近零时,采用具有高分辨率隶属函数的模糊集合。
因此,在精度不够得情况下,可以调整输入和输出的隶属度。
4.3模糊控制规则设计
根据控制原理以及专家经验,可以总结出如下所示的控制规则,以“If…then…”的形式表示为:
Rl:
Ife=PLandec=PLthenTC=GR2:
Ife=PLandec=PMthenTC=GR3:
Ife=PBandec=PSthenTC=F………
R47:
Ife=NLandec=NSthenTC=BR48:
Ife=NLandec=NMthenTC=AR49:
Ife=NLandec=NLthenTC=A详细的控制规则见表1。
表1
模糊控制规则e\ecPMPSZNSNMNL
PLGFEDCC
PMFFEDCC
PSFEDDCC
ZEEDCCB
NSEDDCBB
NMEDCCBA
NLDDCBAA
输入○×反馈
模糊化模糊推理解模糊执行单元
图3模糊控制器工作原理图
→↑→→→→图1发酵过程的温度曲线图
①
②
8℃
图2系统原理图
输入
模糊控制器
冷却液阀门
检测系统
发酵罐
·74·
第四期2009
酿酒
4.4解模糊
由于模糊控制器输出到冷却液阀门开度TC是一个模糊量,不能直接用于控制,还需将其转化为精确量,即模糊量的解模糊。
本文采用最大隶属度函数的方法对TC进行解模糊。
即选择模糊子集中TC的隶属度最大对应的值作为其控制量。
4.5MATLAB描述
通过写MATLAB程序,我们可以得出系统框架图(图4、输入输出的隶属度函数(图5、图6。
5系统仿真
某啤酒厂的发酵罐在10℃时的系统函数为
G(S=-0.53×e
-540
由这个系统函数和我们上面建立的模糊控制器进行系统仿真,在MATLAB的simulink工具中构造模糊控制器系统结构图如下图七所示。
如对图7进行仿真,须先运行上述给的M文件,以获得二维表,然后选择Simulink中的Start启动仿真过程,就可通过Scope观察系统的仿真结果,仿真结果如图8和图9所示。
由图8和图9可以看出,系统的控制效果很好,无能全满足发酵工艺要求温度控制在0.5℃范围以内。
6结论
在啤酒的发酵过程中最重要的是对温度的控制。
因为降
温不容易控制,所以主要关心降温阶段的控制,可试用加冷却液的方法来实现。
本文设计一个模糊控制器来调节冷却液阀门的流量来达到对温度的控制。
控制过程可以实时设计控制器的输入,然后通过设计一个反馈修正,形成一个可以自动控制的闭环系统,从而实现自动化。
控制器的模糊级数和输入输出的隶属度函数都可以修改,这就大大提高了系统的可移植性,该系统就可以运用在多种场合。
[参考文献]
[1]冯国楠,等.啤酒发酵温控过程的数学模型及微机控温系统[J].控制与决策.1986(2:
36-40
[2]康小刚,庞国仲.啤酒发酵过程的模糊控制[N].中国控制会议论文集.浙江,1998
[3]李朝阳.基于模糊控制温控系统的研究[D].新疆大学.2002[4]王生成.基于模糊控制温控系统的研究[D].大连理工大学.2002[5]刘美俊.模糊控制器在陶瓷窑炉温度控制中的应用[J].电气开关.2000(5
图910℃温控曲线
10.3
10.2
10.1
100
50100150
200
图7
位模糊控制系统的Simulink实现
图4系统框架图e(7
ec(7
TC(7
fuzzf
(mamdani49rules
Systemfuzzf:
2inputs,1outputs,49rules
-3-2-1012310.80.60.40.20NB
NM
NS
Z
PS
PM
PB
Degreeofmembership
e
图5输入e和输出ec的隶属度
-3
-2-1
1
2
3
10.80.60.40.20NBNM
NS
Z
PS
PM
PB
ec
Degreeofmembership
图6
输出TC的隶属度
10.80.60.40.20
-4
-3-2-101234
Degreeofmembership
AB
C
D
E
F
G
TC
图89.5℃温控曲线
50
100
150
200
10
9.99.89马力,等:
模糊控制在啤酒发酵中的应用第四期
2009
·75·
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