煮糖结晶是一项非常复杂的工艺过程,过饱和度是其中重要的一项工艺参数,在煮糖的各个阶段都有严格的控制标准,并直接影响煮糖结晶的质量。然而,过饱和度的在线测量和离线分析都非常复杂,因而目前无法将过饱和度作为被控变量设计控制系统。事实上以锤度代替过饱和度的测量已经基本能够满足煮糖的工艺需求了。在上游工艺良好的情况下,锤度总体应呈线性上升趋势,此时煮糖结晶的效果较好,过饱和度也在合适、令人满意的范围之内。因此,本文将研究的关键参数设定为母液锤度和糖晶体几何形态参数。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)本文首先从煮糖的关键工艺参数锤度出发,结合锤度曲线和煮糖工艺,创新性地将煮糖工段划分为“煮炼期”、“稳定期”和“稀释期”。“煮炼期”工段比较复杂,本文基于数据驱动的方法对“煮炼期”的锤度进行分段回归建模:首先基于密度聚类和原型聚类的改进的混合聚类算法将煮炼期工段进行细分;对于细分后的工段进行分段软测量回归建模:训练阶段采用KPCA-PCC算法选取每个工段对应的软测量辅助变量,并对每个工段的锤度值分别进行偏最小二乘回归建模,依据实际值和预测值的相对偏差设定调整阈值;在线预测阶段,在每一个采样点对锤度值进行预测,并计算与真实值的相对偏差,超过调整阈值便启用预先设定好的校正手段(加稀、加蜜等),对锤度进行校正。一次煮糖结束后,在线预测的数据会增量式地返送给训练阶段进行增量训练。最终形成了一套完整的基于数据驱动的糖液锤度在线预测和校正系统。(2)即使锤度曲线在合理的范围之内,由于伪晶和幼砂的产生,也不能完全保证结晶质量的良好,此时需要引入一些晶体几何成态参数,并基于图像处理的知识进行测量和分析。首先基于模板匹配对采集图像进行去水印操作,然后基于图割和阈值分割的方法对图像进行二值化,最后基于边缘提取和轮廓检测技术对晶体轮廓进行矩形拟合并计算几何成态参数。最终形成了一套完整的基于图像处理的,集图像采集与预处理模块、图像分割模块和晶体拟合测量模块于一体的糖晶体几何成态参数在线测量和校正系统。(3)最后本文基于前面的成果,将两个系统进行整合,设计系统间交互方式,最终形成了一套完整的基于数据驱动和图像处理的煮糖关键参数在线测量和校正系统,并通过仿真验证了系统的可用性及可靠性。