木材干燥可以有效降低木材開裂變形，提高尺寸 穩(wěn)定性，是木材加工利用最重要的工序之一。木材干 燥過程中，熱質(zhì)轉(zhuǎn)移的不同步會(huì)使木材發(fā)生不均勻干 縮，產(chǎn)生不均勻的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致木材變形、開裂等干燥缺陷，影響木材的加工利用。針對(duì)以上問題，建立了熱質(zhì)轉(zhuǎn)移模型和應(yīng)力應(yīng)變模型， 探討干燥機(jī)理和干燥模型，為干燥質(zhì)量的提高和干燥 過程控制提供了理論基礎(chǔ)。

1 干縮力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1  系統(tǒng)控制目標(biāo)

上海一恒在木材干燥初始階段，由于木材含水率都在纖維 飽和點(diǎn)以上，木材尺寸不變，也不發(fā)生干縮，產(chǎn)生的干 縮力主要為受熱膨脹引起。當(dāng)含水率降低到纖維飽和 點(diǎn)以下時(shí)，干縮力會(huì)逐漸增大，當(dāng)大于木材開裂極限值 時(shí)，木材產(chǎn)生開裂。 該研究主要根據(jù)力傳感器檢測(cè)到的木材干縮力實(shí) 際值，通過一定的控制算法自動(dòng)進(jìn)行修正并控制執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)干縮力的精確控制。系統(tǒng)的 控制目標(biāo)為：將木材干縮力控制在初始設(shè)定值上，達(dá)到 要求的控制精度，防止干縮力過大導(dǎo)致木材開裂。

1.2  控制系統(tǒng)切換設(shè)計(jì)

木材實(shí)際干縮力值與設(shè)定干縮力值之間會(huì)有誤差E和誤差變化率EC。對(duì)干縮力的控制，控制算法的選 擇主要依據(jù)誤差變化范圍確定。誤差范圍大時(shí)，選擇 模糊控制，通過調(diào)節(jié)加熱閥，使實(shí)際干縮力值更快接近 設(shè)定值；小誤差范圍則選擇模糊PID控制，通過調(diào)節(jié)進(jìn) 排氣閥或噴蒸閥，使實(shí)際干縮力值基本與設(shè)定值相同， 提高控制精度。干縮力控制系統(tǒng)切換結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

2 模糊PID控制系統(tǒng)

模糊PID控制系統(tǒng)中，R為干縮力的設(shè)定值，Y為干 縮力的實(shí)際值，E為誤差，EC為誤差變化率，其結(jié)構(gòu)如 圖 2 所示。模糊PID控制主要利用模糊控制原理在線 整定PID三個(gè)參數(shù)（即比例系數(shù)KP 、積分系數(shù)KI 、微分 系數(shù)KD的修正量DKP、DKI 、DKD），找出PID的三個(gè)參數(shù) 與誤差E和誤差變化率EC之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中 不斷檢測(cè)誤差E和誤差變化率EC，根據(jù)確定的模糊控 制規(guī)則來對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而滿足在不同誤差E 及誤差變化率EC時(shí)控制系統(tǒng)良好的控制效果。

3 結(jié)果分析

試驗(yàn)以干縮力控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，在MATLAB 環(huán)境下進(jìn)行兩種控制算法的仿真，驗(yàn)證模糊自整定PID切換控制的有效性。PID切換控制的有效性。設(shè)置輸入值為500 N的階躍信號(hào)，調(diào)節(jié)量化因子、 比例因子等。在Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真，得到常規(guī) PID和模糊自整定PID切換控制的效果圖干縮力變化可分為三個(gè)階段：第一階段含水率 從初始分別降到31%、30%、28% 時(shí)，干縮力先下降； 第二階段是干縮力達(dá)到峰值時(shí)，含水率分別降到18%、 22%、24%；第三階段干縮力達(dá)到平衡值時(shí)，含水率也 達(dá)到平衡。其中干縮力在木材干燥過程中經(jīng)歷了兩次 減小，第一次減小的主要原因是試件在預(yù)熱階段產(chǎn)生 了熱膨脹；第二次可能是干縮力超過了木材開裂極限 值，木材產(chǎn)生了開裂。

4 結(jié)論

針對(duì)木材干燥過程中因干縮不均導(dǎo)致開裂等干燥 質(zhì)量問題，提出將模糊控制和PID控制相結(jié)合，采用模 糊自整定PID切換控制算法控制干燥過程的干縮力。



 

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