架、电机等。 （2）容量和规格 从近年来我国密集烤房发展情况来看，绝大多数用砖砌筑墙体，用钢筋混凝土预制板浇注房顶。墙体厚度一般为南方烟区和黄淮烟区24cm，北方烟区和烘烤季节气温较低的地区38cm，房顶8~1 0cm，并加保温层。加热室开设维修门和进风口，装烟室安装装烟门、排湿口和观察窗，加热室和装烟室中间隔墙上开设进风道和回风道。一般烤烟能力以20亩左右为主，有1/3左右烤烟能力在25 ~30亩，也有一部分烤烟能力为10~12亩。 （3）装烟室 装烟室是密集烤房挂置烟叶的地方。内设装烟架，专门用于挂置烟夹或烟竿。进风道在装烟室下端，由加热室隔墙到装烟门逐渐抬高，地面要制作4~4.5度的坡度。整个进风道截面呈梯形，用于纵向分风。从隔墙进风口上端至装烟室尾端水平横向安装木质分风板，用于横向分风。一般分风板宽5cm，空隙1.2~1.3cm左右，空隙度25~27%。确保装烟室前后左右分风均匀。回风道设在烤房内的上部，高出装烟架40cm。装烟室左右两侧靠近房顶部均匀开设3个排湿口，每个高20cm，长60cm。 （4）加热室和供热设备 加热室与装烟室相连，内设火炉和热交换器，并在适当的位置安装风机。风机按一定方向向装烟室输送热空气，经过与烟叶接触进行湿热交换后，循环回到加热室，或者其中一部分排到烤房外部。供热设备是密集烤房的心脏，目前我国多用蜂窝煤火炉或散煤火炉。加热室中的炉膛、火管要有良好的耐热性、导热性、耐用性，达到供热充足。 加热室内安装火炉、火管，侧墙上开设维修门，装双层门，确保严密保温、不漏气。在加热室侧墙上，根据风机安装位置开设冷风进风口，高400mm，宽300mm，装活动门，用于调节进风量。 蜂窝煤炉由2个火炉组成，每个炉膛长1 000mm，宽550~600mm，高600~800mm。用土砖或耐火砖砌制，或用5mm钢板焊制，内装耐火材料炉衬。炉膛下设进风道。顶端出火口与热交换器连通。出火口安装活动盖板，能控制火口大小。 炉膛顶端出火口与热交换器连通，中上部开进煤口，与加煤料斗连通，底部安装炉条，灰坑高600 ~ 800mm。灰坑设门，开助燃空气进口，由鼓风机鼓风。 （5）电机和风机选择 强制通风、热风循环是国外烘烤设备的一项通用技术。叶间隙风速增加，能够使上下层烟叶温度变得接近一致，有利于烟叶达到更高变黄变程度后再及时转入定色。定色阶段的风速增加有利于增进烟叶的颜色和色度。且整体上烤房内湿度稍有增加，烟叶内含物质转化充分，烤后烟叶颜色桔黄，色度强，光泽好，油分和弹性增加。近几年各地快速推广了普通烤房热风循环，烤房叶间隙风速比普通烤房增加0.04~0.06m/s，烟叶质量明显得到提高。 表4.1 热风循环系统的主要技术参数 项 目 小 型 烤 房 中 型 烤 房 回风口规格(cm ) 30×50 50×60 回风道规格(cm) 风机类型 风机功率(VA) 风机风量(m3/h) 风机风压(Pa) 40×40 轴流式 150~300 1500~3000 >70 50×50 轴流式 300~500 3000×5000 >100 热风循环烤房的核心是增设风机和空气循环系统，增加烟叶间隙风速，减小烤房上下层间温湿度差。风机选择、热风循环系统的造安装等是否适宜合理，直接影响热风循环烤房的使用效果。如有些采用离心式风机(小型鼓风机)，风压大但风量很小；有些选用风机功率过小(仅有40~60W )，风压风量都很小；有些循环管道为直径仅100~150mm的PVC管(分风管直径甚至只有50~80mm )。这些都达不到热风循环，增加叶间隙风速，减小烤房上下层烟叶间温度差和湿度差的效果。热风循环系统的几个主要技术参数如表4.1。
（6）干、湿温度自控
干温是指烤房内的空气温度，湿温是指烤房内的水分温度。为保证密集烤房各项烘烤技术指标的准确性，要使用干湿温度自控仪，用于检测、显示和调控烟叶烘烤过程中的干温和湿温。通过对烧火、供热和通风排湿的调控，实现烘烤干、湿温度的控制。它由温度传感器、主机、执行器等组成，在主机芯片内设有烘烤干、湿温度专家曲线，并有在线调节功能。
①干温度控制原理。根据燃料的燃烧强度与在燃燃料量和助燃空气量的数学关系，建立燃烧数学模型，通过协调助燃空气量和加煤量，调节燃烧强度，实现对供热量和烤房的干温度控制。
②湿温度控制原理。若无冷空气进入，加热室和装烟室只有热空气的内循环；若打开风门，冷空气进入。在风门控制灵活的情况下，只要控制冷空气进入门的开度，变可自行排湿。
③传感器。干温度和湿温度传感器均使用数字型传感器。湿温度传感器要用脱脂纱布包裹感温头，并将纱布置于清水中，保持感温头与水面距离20mm 。
④干、湿温度控制专家系统。密集烤房的温湿度自控仪要根据烤烟三段式烘烤工艺的基本模式设计，必须写入通常的烘烤干湿温度值和大致时间指标曲线，特别要强调升温速度和需要稳温的几个关键温度点，并设置报警和在线调节功能。干湿温度自控仪的各项操作要简捷、明确，使烘烤过程能够在最佳状态下完成。
4.3.1 密集烤房的特点
(1)强制通风，热风循环，热能利用率高，节省燃料。由于热风不断地进行内循环，使热量得以充分利用，所以热效率高。
（2）烤房利用率高，烘烤能力大。密集烤房的装烟密度一般为普通烤房的4~6倍，有的能达到8倍。1座密集型烟叶烤房的烘烤能力相当于10~20座传统烤房，大大地减少了占地面积。
（3）机械化、自动化作业。
先进的密集烘烤设备基本上都是机械化、自动化作业的，不仅工作效率很高，烘烤工艺稳定，管理简便，而且大大地减轻了烘烤作业的劳动强度。
（4）节约劳动力。与普通烘烤相比，烟夹挂烟在绑烟环节上可节约50%的劳动力。我国的调查结果表明，整个烘烤过程可节省工时2/3。国外先进的大箱式密集烘烤设备可节省工时高达90%以上。
（5）烟叶夹持设备先进。采用烟夹夹烟或大箱装烟，大幅度地提高了装烟密度，与烟竿绑烟相比，还能节省大量的绑烟用工量。
（6）烘烤安全。装烟室里面没有火管，不会发生火灾。 （7）使用年限长。密集烤房一般可连续使用25年左右。
（8）可综合利用。密集烘烤设备在烤完烟叶以后，还可以用于干燥其他农副产品以及工业原料和制品。
（9）要求严格。燃烧器、热交换器、风机等设备必须精良、耐用，电源要稳定等。 传统的密集型烤房烟叶烘烤控制系统多采用传统的PID控制方法，由于烟叶烘烤过程中烤房内温湿度的非线性和耦合性较大，实际运行效果很不理想，很难符合烟叶烘烤的工艺要求。现在只能靠操作工人的实际经验来操作。因此，需要采取智能化控制技术对烟叶烘烤过程中的温湿度变化进行控制，其主要任务是在满足经济性、实用性、科学性的前提下，设计一套稳定、可靠的温湿度智能控制系统，使烟叶烘烤过程中温湿度的变化尽可能的符合三段式烘烤工艺，以提高烟叶烘烤质量。
目前，我国烟叶烘烤过程中的供热和排湿主要依靠操作人员的烘烤经验，人为通过火力、天窗、地洞开启的大小和气流上升(下降)的自然速度控制烤房的温湿度。在烤烟烘烤近120个小时的过程中，人工控制出现失控机会多、干湿温度波动幅度大、能源利用率低、烘烤效果不稳定等情况，直接影响烘烤后烟叶的质量，且花费大量的劳动力。为解决上述问题，根据烟叶三段式烘烤工艺中的温度要求，现在介绍一种拟开发基于模糊控制的烟叶烤房温湿度
控制仪，该设备使烤房内的温湿度按照烟叶最佳生化控制曲线变化，解决了烟叶烘烤过程中温湿度变化的非线性和耦合性，从而提高烤房内温湿度的控制精度，以达到提高烘烤质量和减轻劳动强度的目的，为探索适合农村社会经济状况和生产规模的烤烟烘烤自动化提供设备和技术支持。
4.4 智能控制系统的设计内容和主要工作
在完成烟叶智能控制系统中，应完成以下工作：
（1）实际考察和分析研究密集型烤房的现行状况，明确烟叶烘烤过程中的温湿度控制系统的设计思路，确定控制方案。
（2）根据烟叶烘烤的过程中的温湿度工艺特点、技术要求和控制经验，设计模糊控制查询表。
（3）控制系统的硬件设计(电路原理图见图4.2、图4.3)。根据烟叶烘烤过程中温湿度变化的范围和要求的控制精度，以及所控对象的技术参数，选定合适的单片机和外围控制芯片，实现温湿度的设定、检测、控制、报警等。
（4）根据控制系统的要求，采用模块化程序设计，首先列出各个模块的功能，设计出程序流程图，最后用C语言编写程序。
（5）进行控制系统的硬件调试和软件调试，对硬件进行静态调试和联机调试，逐一排除故障，在开发系统上对软件进行分模块调试，最后将各个模块连起来整体调试。
（6）根据方案要求，设计仪表面板，装配完整控制主机。
4.4.1模糊控制器设计
模糊自动控制是以模糊集合、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。从线性控制与非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制；从控制器的智能性来看，模糊控制属于智能控制的范畴，而且它现在己成为目前实现智能控制的一种重要而有效的形式。尤其是模糊控制和遗传算法、神经网络及混沌理论等新学科相结合，正在显示出其巨大的应用潜力。
1模糊控制理论概述 传统的自动控制，包括经典理论和现代控制理论中有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型的基础上，但是在实际工业生产中，很多系统的影响因素很多，十分复杂，建立精确的数学模型特别困难，甚至不可能的。这种情况下，人们期望有一种不依赖于数学模型的控制方法，模糊控制方法就应运而生了。
模糊控制作为智能控制中的一个子系统，它的发展和应用是相当迅速的。自从1965年美国的L.A.Zadeh教授提出模糊集合和模糊控制的概念后，许多国家都投入了大量的研究人员对模糊理论和模糊控制进行研究。尽管模糊集合理论的提出至今只有40年，却得到了极大的发展，关于模糊理论和算法、模糊推理、工业控制应用、模糊硬件与集成、以及稳定性研究等方面的许多重要论文都极大地促进了模糊控制理论的应用与发展。最近几年，对于经典模糊控制系统稳态性能的改善，模糊集成控制、模糊自适应控制、专家模糊控制与多变量模糊控制的研究，特别是针对复杂系统的自学习与参数(或规则)自调整模糊系统方面的研究，尤其受到各国学者的重视。
最早取得应用成果的是英国伦敦大学教授E.H.Mamdani, 1974年他利用模糊控制语句构成模糊控制器，首次将模糊控制理论应用于蒸汽机及锅炉的控制，取得了优于常规调节器的控制品质。随后，丹麦、美国与日本的学者相继将模糊控制方法成功应用在温度、热水装置、压力与液面、十字路口交通枢纽指挥、水泥窑生产过程与汽车速度等自动控制系统中。1983年日本学者M. Sugeno和K.Muralcani将一种基于语言真值推理的模糊逻辑控制器应用于汽车速度控制，并取得成功。1984年，美国推出“模糊推理决策支持系统”。
我国在模糊控制应用方面也取得了显著的成果。我国对模糊控制的理论与应用研究起步较晚，但发展较快，诸如在模糊控制、模糊辨识、模糊聚类分析、模糊图像处理、模糊集合论、模糊模式识别等领域取得了不少有实际影响的结果。
目前模糊控制技术日趋成熟和完善。模糊控制在化工、机械、冶金、工业窑炉、水处理、
食品生产、家电产品等诸多领域中得到应用。模糊控制充分显示了在大规模系统、多目标系统、非线性系统以及无适当传感器可检测的系统中的良好应用效果。可以预料，随着模糊控制理论的不断完善，其应用领域将会更加广泛。
2模糊控制特点
模糊控制理论诞生后，由于它具有明显的优点，主要反映在对复杂的、机理不明的控制系统，它模仿和升华了人的控制经验与策略，因此与经典的控制方法比较更有工程意义。它具有以下特点:
（1）模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。
（2）由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。
（3）基于模糊的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异，但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。
（4）模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。
（5）模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。
因此，模糊控制被广泛的应用于工业锅炉、煤炭生产过程、金属冶炼、石油化工等方面，并取得了较为理想的效果。
3模糊控制在应用中的基本思想
在控制系统传统设计中，都需要了解被控制对象的数学模型。但是对于一些生产过程，要获得既有足够的精确性，又便于系统分析的数学模型是相当困难的。这就使得现代控制理论的应用受到了限制。然而，一个熟练的操作人员却能够对系统中的各种参量，如温度、压力，以致颜色、气味等，做出响应和判断，最终获得最好的人工控制效果。这种控制方式并不依赖于数学模型，仅依赖于人的经验积累、感觉和逻辑判断。由此得到启发，将由脑中的经验加以总结，把凭经验所采取的相应措施总结成一条条控制规则，进而构筑一个控制器去代替人对复杂的生产过程进行控制，这种控制就是模糊控制。扎德提出的模糊思想及向控制领域的渗透，在理论上和实践上为控制理论开辟了新的发展方向，提供了新的系统设计方法，即模糊控制方法。
在生产或生活的实践中人们可以采用手动控制方式来达到控制某一对象运动状态的目的。例如烟叶烘烤过程中，操作人员通过仪表观察到烤房内的干湿温度发生变化，根据他们所积累的知识和操作经验，做出决策，并采取相应的控制动作，适当调整鼓风机速度、风门大小、排气扇转速等等，若烤房内的干湿温度“偏高”、“偏低”，就要调整系统中调温装置和排湿装置，使烤房内的干湿温度始终控制在规定的范围内，这里操作人员对烟叶烘烤的控制采用的就是模糊控制的方法，这其中包含了人的智能行为，依靠的是定性或模糊的知识，这里显然并不是按照某种控制算法加以精确的计算，而且人也不可能有这样的记忆和计算能力在极短的时间内完成较为复杂的计算，这种控制包含有人的经验和知识，把这种经验和知识用语言描述出来，以构成一组用语言表达的定性决策规则，然后利用模糊集合作为工具使其量化，通过这种量化的物理过程设计出一种控制器，用形式化的人的经验法则模仿人的控制策略，在这个过程中Zadeh提出了模糊集合论这种数学工具，用这种方法可以把人的经验形式化并引入控制过程，在运用比较严密的数学处理过程，实现模糊推理进行判断决策，以达到令人满意的控制效果，这样就形成模糊控制器。
4模糊控制的基本原理
模糊控制的基本原理可由图4.2表示，它的核心部分为模糊控制器，如图中虚线部分所示。模糊控制器的控制规则由计算机的程序实现，微机通过采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差信号(在此取误差反馈)。一般误差信号作为模糊控制器的输入量。把误差信号的精确量进行模糊化变成模糊量，误差的模糊量可用相应地模糊语言表示。
