光纤光栅融合动态预测的造纸烘箱分布式温控研究

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

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

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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	430040
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	430040
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	430040
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	430040
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	430040
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	430040
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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