论文摘要
粮食干燥是一个复杂的强非线性、大滞后的热质交换过程,它不仅受物料特性和介质参数的影响,而且还与气候条件和干燥工艺有重要关系。对粮食干燥理论的研究还没有真正认识到干燥过程物理本质的程度,无法建立起生产实际的物理模型,如何根据干燥过程特征预测出机水分并对干燥速度进行相应地调节,一直以来是国内外研究学者没有彻底解决的问题。粮食干燥机是一个开放式热力学系统,热质交换程度将直接影响干燥内部的状态,机内温度变化规律是内部状态变化的可观测的指标,也是机内热质交换的量化指标。因此,根据粮食在干燥过程中的温度变化规律,预测粮食干燥特征对出机含水率的影响,及时采取措施调节排粮速度是解决粮食干燥的关键问题。本文建立了玉米颗粒干燥过程温度变化模型,研究了玉米颗粒内部温度分布及水分迁移机理。以四段式顺流干燥机的玉米干燥过程作为实验模型,采集和分析玉米干燥过程中各阶段的状态数据,建立了出机含水率预测模糊神经网络模型和排粮速度模糊控制器,为在线控制出机含水率提供依据。本文主要完成以下几方面的工作。（1）根据2005-2006年辽宁清原粮库的干燥数据,提出了依据出机样本时间反推计算其经过干燥塔各个阶段的温度值和排粮速度值算法。（2）依据国际学术领域对于谷物干燥物理过程的微观描述存在四种假设模型,本文通过试验验证玉米颗粒干燥过程温度变化特征符合第一种模型,即玉米颗粒表面温度为干燥空气温度、颗粒温度由内向外逐渐升高,水分在谷物颗粒内部汽化,且以汽态形式沿毛细通道向表面移动,逸出颗粒表面。试验结果表明：在干燥初期,表皮的致密性是影响玉米干燥过程温度变化特征的主要因素；在干燥后期,毛细通道阻力是影响玉米干燥过程温度变化特征的主要因素；而且冷冻对玉米颗粒内部及表皮致密性有一定的破坏作用。根据试验结果发现在干燥过程的玉米的温度变化特征如下：①在干燥前期,表面致密性好的玉米颗粒,内部水分汽化后不易逸出颗粒表面,进入缓苏段后,已汽化的水分又冷凝成液态,致使颗粒温度高于干燥段温度；而表面致密性差的玉米颗粒,由于滞留颗粒内部气体较少,进入缓苏段后由于内部温度的均匀化,致使颗粒温度下降。②在干燥后期,颗粒内部致密性强,毛细通道阻力大,则滞留在颗粒内部的汽化的水分比较多,其缓苏段温度相对于干燥段温度同样升高。③经过冷冻后的玉米,表面致密性被破坏,致使进入缓苏段温度下降的样本增多。（3）建立了玉米出机含水率预测模糊神经网络模型。利用现场数据进行离线训练,确立了网络模型结构。通过对样本数据的仿真,对样本的出机含水率预测达到了较高的预测准确率。当学习样本数量达到一定值时,预测结果几乎完全接近实际值。（4）基于前面的研究结果,提出利用前三段干燥数据进行玉米颗粒特征预测,利用排粮速度模糊控制器控制第四段干燥时间的控制方法,解决了大滞后系统难以控制的问题。