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      白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng)研究*

      2022-07-25 02:59:48張浩強羅相巧黃鴻濱韋美良盧森幸
      機(jī)械研究與應(yīng)用 2022年3期
      關(guān)鍵詞:雙缸同步控制換向閥

      張浩強,羅相巧,黃鴻濱,韋美良,蔡 柳,盧森幸

      (河池學(xué)院,廣西 宜州 546300)

      0 引 言

      白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅工序關(guān)系到白酒釀制成品率,因此白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅工序及裝置至關(guān)重要[1-2]。清香型白酒常通過埋在地下的陶制地缸進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵,出醅時采用傳統(tǒng)機(jī)械如鐵锨將酒醅鏟入小推車,小推車承重輪寬度設(shè)計在地缸間隙間,傳統(tǒng)出醅工作強度大、陶質(zhì)地缸易被鐵锨破壞,且易污染酒醅[3-4]。

      基于此,提出一種白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng),介紹了出醅雙缸同步控制系統(tǒng)工作原理,對出醅雙缸同步控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了搭建,采用蟻群算法對PID控制器三個參數(shù)進(jìn)行了迭代尋優(yōu),基于MATLAB/Simulink中進(jìn)行了仿真研究,最后通過試驗驗證了白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制特性,為白酒地缸固態(tài)高效發(fā)酵參考和指導(dǎo)。

      1 地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng)原理

      圖1所示為白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng),主要由安全閥、液壓泵、比例換向閥、出醅油缸、鉸接臂、位移傳感器、挖板、發(fā)酵地缸組成。#1和#2出醅油缸縮回,#1和#2鉸接臂內(nèi)收,分別驅(qū)動#1和#2挖板動作,實現(xiàn)酒醅出缸。

      圖1 白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng)1.油箱 2.安全閥 3.液壓泵 4.#1比例換向閥 5.#2比例換向閥 6.#1出醅油缸 7.#2出醅油缸 8.#1鉸接臂 9.#2鉸接臂 10.#1位移傳感器 11.#2位移傳感器 12.#1挖板 13.#2挖板 14.發(fā)酵地缸

      白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制原理:控制器發(fā)送電流信號,控制#1和#2比例換向閥比例通斷,實現(xiàn)#1和#2出醅油缸進(jìn)回油控制,從而調(diào)整出醅油缸活塞桿位移;#1和#2位移傳感器實時反饋出醅油缸活塞桿位移,并傳輸至控制器實現(xiàn)雙缸位移差值控制,進(jìn)而實現(xiàn)出醅雙缸同步控制。

      2 地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

      圖2所示為白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng)控制邏輯圖,#1出醅油缸作為主動缸,#2出醅油缸作為從動缸,#2出醅油缸跟隨#1出醅油缸運動,實現(xiàn)出醅雙缸同步控制[5]。

      圖2 地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng)原理圖

      比例放大器采用公式(1)計算:

      I=K1Δu

      (1)

      式中:Δu為控制電壓,V;I為控制電流,A;K1為放大系數(shù)。

      比例換向閥采用公式(2)計算:

      (2)

      式中:xv為比例換向閥閥桿位移,mm;Kb為單位電流閥芯桿位移,mm/mA。

      位移傳感器采用公式(3)計算:

      Uf=Kfxp

      (3)

      式中:Kf為出醅油缸位移反饋增益,mA/m;Uf為位移反饋電流信號。

      出醅油缸位移xp與比例換向閥閥桿位移xv的函數(shù)關(guān)系采用公式(4)計算:

      (4)

      3 白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制策略

      基于積分分離PID控制器對出醅雙缸位移進(jìn)行控制[10],采用公式(5)計算:

      (5)

      基于蟻群算法優(yōu)化PID控制器的Kp、Ti和Td參數(shù),圖3所示為其優(yōu)化邏輯框圖。

      圖3 基于蟻群算法優(yōu)化出醅雙缸PID控制器結(jié)構(gòu)圖

      圖4所示為優(yōu)化出醅雙缸PID控制器流程圖。

      圖4 基于蟻群算法優(yōu)化出醅雙缸PID控制器邏輯圖

      優(yōu)化出醅雙缸PID控制器過程:種群設(shè)置100,揮發(fā)因子ρ暫取0.8,啟發(fā)系數(shù)α?xí)喝?.2,迭代次數(shù)NCmax暫取60,Kp、Ti和Td優(yōu)化區(qū)間選取(0,15)。

      優(yōu)化出醅雙缸PID控制器目標(biāo)函數(shù)采用時間誤差積分指標(biāo),用公式(6)計算。

      (6)

      經(jīng)過60代優(yōu)化迭代,獲得優(yōu)化后的PID控制參數(shù)如表1所列。

      表1 PID優(yōu)化參數(shù)結(jié)果

      表2所列為白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng)仿真參數(shù)。

      表2 仿真參數(shù)一覽表

      基于MATLAB/Simulink求解白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并對系統(tǒng)施加階躍信號,仿真得到如圖5所示的出醅雙缸同步控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線和如圖6所示的出醅雙缸同步控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)同步誤差。

      圖5 出醅雙缸同步控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線

      圖6 出醅雙缸同步控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)同步誤差

      由圖5和圖6可得:出醅雙缸同步控制階躍響應(yīng)最大同步誤差為0.085 m,穩(wěn)態(tài)同步誤差為0.016 m,極大提高了出醅雙缸同步性,極大減小了挖板漏醅量。

      4 地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制試驗研究

      通過實驗室臺架驗證地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制特性,搭建如圖7所示的臺架液壓系統(tǒng)試驗圖。

      圖7 白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸控制系統(tǒng)試驗臺1.油箱 2.安全閥 3.液壓泵 4.#1比例換向閥 5.#2比例 換向閥 6.#1出醅油缸 7.#2出醅油缸 8.#1位移傳感器 9.#2位移傳感器

      通過數(shù)據(jù)采集儀器獲得如圖8和9所示的出醅雙缸位移響應(yīng)試驗曲線和位移誤差試驗曲線。

      圖8 出醅雙缸同步控制系統(tǒng)位移試驗曲線

      由圖8和圖9試驗數(shù)據(jù)分析可得:出醅雙缸同步控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)最大同步誤差為0.089 m,穩(wěn)態(tài)同步誤差為0.02 m,與仿真數(shù)據(jù)相差0.004 mm,很好驗證了白酒固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制邏輯的正確性和高精度性。

      圖9 出醅雙缸同步控制試驗數(shù)據(jù)同步誤差

      5 結(jié) 論

      針對白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅效率、出缸過程易污染等一系列問題,提出一種白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制系統(tǒng),給出了其出醅雙缸同步控制系統(tǒng)工作原理,搭建了出醅雙缸同步控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,基于蟻群算法對PID控制器三個參數(shù)進(jìn)行了迭代尋優(yōu),基于MATLAB/Simulink中進(jìn)行了仿真研究,通過試驗驗證了白酒地缸固態(tài)發(fā)酵出醅雙缸同步控制特性,得出以下結(jié)論。

      (1) 由仿真數(shù)據(jù)可知:出醅雙缸同步控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)最大同步誤差為0.085 m,穩(wěn)態(tài)同步誤差為0.016 m。

      (2) 由試驗數(shù)據(jù)可知:出醅雙缸同步控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)最大同步誤差為0.089 m,穩(wěn)態(tài)同步誤差為0.02 m。

      (3) 試驗數(shù)據(jù)對仿真數(shù)據(jù)具有很好的驗證作用,試驗數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)誤差為0.004 mm。

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