罐头模型部分
在灭菌锅内,罐头是灭菌锅产品的载体。罐头只与锅内的气相部分进行能量交换但与灭菌锅无物质间的交换。罐头模型也可分为物质衡算模型及能量衡算模型两部分。
罐头内的物质衡算
假定在罐头内,同时存在空气、水蒸气和水三种物质,但由于罐头是密闭的,不与外界进行物质交换,同时经过大量的实验表明,罐头内只存在极少的水和空气,同时罐头内的空气和水在灭菌过程中基本保持一致,因此,对于罐头内部水和空气之间的能量交换对于整个模型影响不大,我们可以将罐头看成一个密闭实体,即只存在水。
罐头内的能量衡算
因可以将罐头看成一个只存在水的密闭实体,同时罐头总能量的变化是由与锅内气相能量之间的能量传递引起,故有罐头总能量守恒方程:

其中, 表示罐头表面积。本文假设罐头为圆柱体。
综上所述,将静态模型、恒算模型及已知参数代入动态模型部分,可以得出高温高压灭菌锅参数辨识模型为:
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
其中待辨识的参数有k=( , ),它们的初值为 =(10.0,1.0).因此本文待辨识的参数为k=( , , , , , , ),且初值为 =(10.0,1.0,1.0;1.0,1.0,1.0,1.0)
2 参数辨识方法
根据高温高压灭菌锅的系统结构在MATLAB中创建灭菌锅的仿真模型如图2.所示。该图中共有五个阀门,从上到下分别代表进干空气阀、进水蒸气阀、进水阀、排气阀及排水阀。在该系统中可测量变量主要有流量(如 , )、温度(如 , )及压力(如 )

图2 高温高压灭菌锅仿真模型
2.1辨识方法
因高压锅模型为多阶段非线性过程,且其在升温升压阶段各个测量量的变化较为明显,同时考虑到模型的特殊性(因该模型不考虑锅壁热容,在升温阶段只通水蒸汽, ,无法辨识 ),因此在升温的同时可以同时通入水(先通入一定量的水再通水蒸气也可达到该效果)使得 保持一定的温度差。科技论文。在操作过程中则表现为将进水蒸汽阀、进水阀打开,其余三个阀门均关闭,即流量为0.
由高压锅参数辨识模型(式(23-27))可知,辨识的关键问题是得出
将式(24)+(25)可得:
(28)
在高压锅初始阶段,因 ,且 可测,由式(28)可得出d( )采样值,进而得出 值。
由式(26)可得出 ,因 初始能量已知进而得到 。
将 代入式(18)可得:
(29)
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