李鹏飞,彭瑞,董志勇,高亮,段州君,文龙,代铖斐,程凯,王渝,王浩,田昕,操明皓,卞玉超.光纤光栅融合动态预测的造纸烘箱分布式温控研究[J].中国造纸,2026,45(1):174-180 本文二维码信息
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光纤光栅融合动态预测的造纸烘箱分布式温控研究
Study on Distributed Thermal Control in Paper Drying Oven with Fiber Bragg Grating Integration and Dynamic Prediction
收稿日期:2025-06-24  修订日期:2025-08-01
DOI:10.11980/j.issn.0254-508X.2026.01.022
关键词:  光纤光栅(FBG)  造纸烘箱  分布式温度控制  动态预测控制  温度场重构
Key Words:fiber bragg grating (FBG)  paper drying oven  distributed temperature control  dynamic predictive control  temperature field reconstruction
基金项目:
作者单位邮编
李鹏飞* 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
430040
彭瑞* 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
430040
董志勇 武汉理工光科股份有限公司湖北武汉430223 430223
高亮 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
430040
段州君 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
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文龙 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
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代铖斐 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
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程凯 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
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王渝 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
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王浩 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
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田昕 湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040
湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室 湖北武汉430040 
430040
操明皓 武汉理工光科股份有限公司湖北武汉430223 430223
卞玉超 武汉理工光科股份有限公司湖北武汉430223 430223
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摘要:针对造纸烘箱温度均匀性控制难题,本研究提出了一种光纤光栅(FBG)融合动态预测的分布式温控系统,以解决传统热电偶响应滞后、空间分辨率低等问题。通过构建三维虚拟温度场模型,结合稀疏FBG传感器网络(3 400测点)及自然邻域动态重构算法,实现温度场高精度重建(均方根误差1.5 ℃)。设计分区预测控制策略,采用动态PI算法优化热惯性补偿与多区域耦合调控,使稳态误差降至±1.5 ℃,响应时间缩短30%,能耗降低18%。结果表明,系统在突发加热器故障及高速纸张通过等极限工况下仍保持鲁棒性,85 ℃等温面覆盖率达80%,温度梯度抑制率超40%。
Abstract:To address the challenge of temperature uniformity control in paper drying ovens, this study proposed a distributed temperature control system integrating fiber bragg grating (FBG) sensing with dynamic predictive technology, overcoming limitations of traditional thermocouples such as response lag and low spatial resolution. A 3D virtual temperature field model was established and combined with a sparse FBG sensor network (3 400 measurement points) and a natural neighbor dynamic reconstruction algorithm, achieving high-precision temperature field reconstruction (RMSE: 1.5 ℃). A zoned predictive control strategy was designed. Dynamic PI algorithms were employed to optimize thermal inertia compensation and multi-zone coordinated control, reducing steady-state errors to within ±1.5 ℃, accelerating response speed by 30%, and lowering energy consumption by 18%. Experimental results demonstrated robust performance under extreme conditions (e.g., sudden heater failure, high-speed paper feed), maintaining 80% coverage of the 85 ℃ isothermal surface and suppressing temperature gradients by over 40%.
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