根据硅碳棒电热元件加热烟丝过程中的传热特性
针对目前加热不燃烧卷烟在加热过程中因硅碳棒电热元件温度不稳定导致的烟支烟丝加热质量差、烟气释放不均匀等问题,提出一种基于改进粒子群优化的烟具电阻式硅碳棒电热元件温度模糊控制方法。根据硅碳棒电热元件加热烟丝过程中的传热特性,建立温控系统的控温模型。利用改进的粒子群算法优化模糊PID控制器的量化因子及比例因子,并采用时间乘以误差绝对值积分评估优化目标的优劣,得到最佳的控制参数。最后,使用改善后的模糊PID控制器优化温控系统,通过仿真对比和实验分析,验证电阻式加热烟具中硅碳棒电热元件的自适应温度控制效果。结果表明,提出的温控方法相比于传统的PID控制和常规模糊PID控制,能降低温控系统的超调量,提升其控温稳定性,有效控制减少硅碳棒电热元件温度偏差。

传统卷烟在高温燃烧(600-900)℃过程中,烟气中会含有大量烟草高温热裂解产生的毒性有害成分,不仅危害人体健康,还污染环境。加热不燃烧卷烟主要利用外部热源加热烟支,其中,电阻式加热方式应用最广,加热温度不高于500 ℃,烟草段就能产生烟气,包含的有害物质较少,能减少对人体的危害和对环境的污染。目前,国内外对电阻式加热卷烟的研究主要集中在烟草材料、烟气成分等方面困。但由于硅碳棒电热元件存在个体差异,且环境温度的变化会影响其热传导率,导致硅碳棒电热元件温度波动,影响烟丝热解反应,烟气中有害物质含量也会增多。为了保证电阻式加热卷烟中硅碳棒电热元件供热稳定,需要研究自适应的温度控制方法实现对温度的准确控制电阻式加热卷烟主要由电阻式加热烟具和烟支构成。烟具工作时,通常在温控系统中设定好加热功率,根据模式切换利用电路调节加热温度,或者利用硅碳棒电热元件的材料特性实现控温。目前电阻式加热烟具温控系统主要通过PWM(Pulse Width Modula-tion)信号控制电压,调节温度,并采用结构简单、适应性强的PID控制器提升温控系统的鲁棒性然而,由于PID控制器的比例、积分、微分参数无法快速整定,一般根据经验取值,应用于复杂环境、对精度要求较高的控制系统中尚有不足。

为了解决该问题,目前,很多学者主要采用模糊控制器整定PID控制参数。文献采用模糊自适应滑膜控制策略,提升高炉热风炉拱顶温度控制系统抑制扰动的能力,使控制系统具有较高的控制精度、响应速度和稳态性能;文献通过论域可变的模糊PID控制算法输出不同占空比的脉冲宽度调制波对温度进行控制,提升了半导体激光器温控系统的控制精度;文献提出基于变论域模糊控制的PI控制方法跟踪电压设定值,提高了静止无功发生器控制系统的控制精度及鲁棒性上述研究中均采用不同寻优方法改进模糊控制,以解决模糊PID控制器中量化因子、比例因子和论域等初始参数无法自适应调整的局限性研究中电阻式加热烟具采用MCH金属陶瓷硅碳棒电热元件,文献通过对氧化铝陶瓷温度场的计算模拟,选取合适的激光参数对不同尺寸的材料进行软化加工,有效地达到切割氧化铝硬性材料的工艺要求;文献通过引人温度相关性损伤判据,对氧化铝陶瓷热冲击裂纹的产生和扩展过程实现了更合理的模拟。目前,针对MCH金属陶瓷硅碳棒电热元件的温升性能,主要通过有限元仿真模拟进行分析与优化,可探究利用优化算法提升其温升稳定性的效果。http://www.zbqunqiang.cn/
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