Model-based multivariable control of the drying of a thin sheet of fibres in a continuous infrared dryer

Authors


Abstract

We developed an Internal Model Control (IMC) algorithm for drying a thin textile fabric, continuously passing through an electric infrared dryer, based on a reduced linear model of the drying dynamics. This model relates the controlled variables, the humidity and temperature of the web at the dryer outlet, to the manipulated variables, the electrical power supplied to the sources and the web speed through the dryer, and also to changes in the initial humidity of the web at the dryer inlet. The control algorithm was first tested by simulation using the model in regulation mode, and in set-point tracking mode, to vary the manipulated variables so as to maintain the controlled variables at their respective set-points when the inlet web temperature and humidity were changed. The performance under simulated operational conditions was compared to that of a conventional feedback proportional-integral (PI) controller coupled with a feedforward control. The IMC controller was then tested directly in regulation mode using a pilot scale infrared dryer, acting simultaneously on the manipulated variables, the emitter power and the web speed, to control the fabric temperature and humidity at the dryer outlet. The experimental results were compared with those from the above feedback-feedforward controller, on the pilot scale dryer. The results have indicated that the closed-loop stability of the process is assured simply by choosing a stable IMC controller. Also, such a controller does not require the design of specific compensators for the strong interactions between variables of the drying process.

Abstract

Utilisant un modèle linèaire rèduit de la dynamique de sèchage d'une nappe mince dans un four à infrarouges, un algorithme de commande à modeále interne (IMC: Internal Mode Control) a ètè dèveloppè pour l'opèration du four lorsqu'une nappe textile y dèfile en continue. Ce modeále relie les variables contrǒlèes que sont l'humiditè et la tempèrature de la nappe à la sortie du four aux variables manipulèes que sont la puissance èlectrique et la vitesse de dèfilement de la nappe dans le four ainsi qu'à la variable de perturbation que constitue l'humiditè de la nappe à l'entrèe. L'algorithme de commande fut tout d'abord testè par simulation en utilisant le modeále en mode règulation et en mode asservissement en agissant sur les variables manipulèes afin de respecter les consignes appliquèes sur les variables contrǒlèes face à des perturbations effectuèes dans la tempèrature et l'humiditè de la nappe à l'entrèe. Les performances sous des conditions simulèes de fonctionnement furent comparèes à celles obtenues d'un contrǒleur conventionnel par rètroaction proportionnelle-intègrale (PI) couplèe à une commande par anticipation (feedforward). Les performances de l'algorithme de commande à modeále interne furent alors testèes directement sur le banc d'essai en mode règulation en opèrant simultanèment sur les variables manipulèes que sont la puissance èlectrique et la vitesse de dèfilement de la nappe afin de contrǒler à la fois l'humiditè et la tempèrature de sortie de la nappe. Les rèsultats expèrimentaux furent comparès à ceux obtenus du contrǒleur par rètroaction et anticipation sur le banc d'essai. Les rèsultats obtenus ont indiquè que le choix d'un contrǒleur à commande interne stable conduit à la stabilitè du procèdè en boucle fermèe. De plus, un tel contrǒleur ne requiert pas la conception de compensateurs spècifiques pour contrer les fortes interactions entre les variables du procèdè de sèchage.

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