(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210596502.X (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 华中农业大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区狮子山 街1号 (72)发明人 张强　鄢家港　郑昀　张一凡　 刘念　王双双　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 俞琳娟 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 颗粒混合体系中混合参数的优化设计方法 及系统 (57)摘要 本发明提供了颗粒混合体系中混合参数的 优化设计方法及系统， 能够快速、 准确地得到符 合真实混合情况的最优混合参数。 优化设计方法 包括： 步骤1.根据待测颗 粒与混合机罐体的结构 尺寸数据， 建立颗粒与混合机罐体的混合体系三 维离散元数值模型； 步骤2.根据待测颗粒与混合 机罐体的物性数据， 确定模型基础参数， 采用混 合体系三维离散元数值模型在不同混合参数条 件下进行仿真模拟， 得到各混合参数条件下的颗 粒分布数据， 进而得到各混合参数条件下的颗粒 混合均匀度和能耗数据， 作为模拟数据集； 步骤 3.建立混合均匀度f1、 能耗f2与混合参数的函数 关系式； 步骤4.根据标定后的f1、 f2函数关系式， 确定满足混合目标的最优混合 参数。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 114925589 A 2022.08.19 CN 114925589 A 1.颗粒混合体系中混合 参数的优化设计方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1.根据待测颗粒与混合机罐体的结构尺寸数据， 建立颗粒与混合机罐体的混合体 系三维离 散元数值模型； 步骤2.根据待测颗粒与混合机罐体的物性数据， 确定颗粒与混合机罐体的材料参数和 颗粒与颗粒之间、 颗粒与混合机罐体间的接触参数， 并将材料参数与碰撞参数作为模型基 础参数； 基于模型基础参数， 采用混合体系三维离散元数值模型在不同混合参数条件下进行仿 真模拟， 得到各混合参数条件下 的颗粒分布数据， 进而得到各混合参数条件下 的颗粒混合 均匀度和能耗数据， 作为模拟数据集； 混合参数包括颗粒属性参数、 工作参数和混合机结构 参数中的至少一种， 颗粒属性参数包括含 水率、 粒径， 工作参数包括转速、 填充量、 混合时间 中的至少一种， 混合机结构参数包括叶片长度； 步骤3.建立混合均匀度f1、 能耗f2与混合参数的函数关系式： 式中， f1为混合均匀度， f2为能耗， w为颗粒含水率， n为混合机转速， q为颗粒填充量， d为 颗粒的粒径， 下标i表示第i种粒径， i为正整数， z为参与混合 的颗粒的粒径种类总数， Mi为 第i种粒径的颗粒数与总颗粒数 之比， l为混合机叶片长度， t为混合时间， e为能耗； P0～P3和 C0～C3均为待求 解的常数； 将步骤2得到的模拟数据集带入f1、 f2函数关系式中， 标定各待求解的常数， 得到标定后 的f1、 f2函数关系式； 步骤4.根据标定后的f1、 f2函数关系式， 确定满足混合目标的最优混合 参数。 2.根据权利要求1所述的颗粒混合体系中混合 参数的优化设计方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤1中， 基于颗粒形状特征， 利用多球模型建立颗粒离散元数值模型； 将混合 机罐体建模为包 含罐体和搅拌叶片。 3.根据权利要求1所述的颗粒混合体系中混合 参数的优化设计方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤2中， 材料参数包括： 颗粒密度、 颗粒泊松比、 颗粒剪切模量、 罐体密度、 罐 体泊松比、 罐体剪切模量； 接触参数包括： 颗粒间恢复系数、 颗粒间静摩擦系数、 颗粒间滚动 摩擦系数、 颗粒与罐体内壁的恢复系数、 颗粒与罐体内壁的静摩擦系数、 颗粒与罐体内壁的 滚动摩擦系数。 4.根据权利要求1所述的颗粒混合体系中混合 参数的优化设计方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤2中， 仿真模拟结束后， 导出颗粒分布数据、 扭矩和转速， 利用分离指数法 定量分析颗粒混合均匀度， 根据导出的扭矩和转速计算能耗。 5.根据权利要求1所述的颗粒混合体系中混合 参数的优化设计方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤2中， 采用不同颜色的颗粒模型来区分不同组或者 不同粒径的颗粒。 6.根据权利要求1所述的颗粒混合体系中混合 参数的优化设计方法， 其特 征在于：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114925589 A 2其中， 在步骤 4中， 构建混合性能评价函数F(x)＝ λ1f1(x)+λ2f2(x)， 通过评价函数图像定 量分析获取最优混合参数， 当F(x)取到最小值， 得到评价函数的图像和最值， 进而得到最小 混合性能参数 下的优化混合 参数， x表示混合 参数变量。 7.根据权利要求1所述的颗粒混合体系中混合 参数的优化设计方法， 其特 征在于： 其中， 所述颗粒为饲料工业、 食品加工、 制药、 化工、 能源领域中任意待混合的颗粒。 8.颗粒混合体系中混合参数的优化设计系统， 根据权利要求1至7中任意一项所述的颗 粒混合体系中混合 参数的优化设计方法确定最优混合 参数， 其特 征在于， 包括： 模型构建部， 根据待测颗粒与混合机罐体的结构尺寸数据， 建立颗粒与混合机罐体的 混合体系三维离 散元数值模型； 数据集获取部， 根据待测颗粒与混合机罐体的物性数据， 确定颗粒与混合机罐体的材 料参数和颗粒与颗粒之间、 颗粒与混合机罐体间的接触参数， 并将材料参数与碰撞参数作 为模型基础参数； 基于模型基础参数， 采用混合体系三维离散元数值模型在不同混合参数 条件下进行仿真模拟， 得到各混合参数条件下 的颗粒分布数据， 进而得到各混合参数条件 下的颗粒混合均匀度和能耗数据， 作为模拟数据集； 混合参数包括颗粒属性参数、 工作参数 和混合机结构参数中的至少一种， 颗粒属性参数包括含水率、 粒径， 工作参数包括转速、 填 充量、 混合时间中的至少一种， 混合机结构参数包括叶片长度； 函数关系构建部， 建立混合均匀度f1、 能耗f2与混合参数的函数关系式： 式中， f1为混合均匀度， f2为能耗， w为颗粒含水率， n为混合机转速， q为颗粒填充量， d为 颗粒的粒径， 下标i表示第i种粒径， i为正整数， z为参与混合 的颗粒的粒径种类总数， Mi为 第i种粒径的颗粒数与总颗粒数 之比， l为混合机叶片长度， t为混合时间， e为能耗； P0～P3和 C0～C3均为待求 解的常数； 将模拟数据集带入f1、 f2函数关系式 中， 标定各待求 解的常数； 最优混合参数确定部， 根据标定后的f1、 f2函数关系式， 确定满足混合目标的最优混合 参数； 以及 控制部， 与所述模型构件部、 所述数据集获取部、 所述函数关系构建部、 所述最优混合 参数确定 部均通信相连， 控制它 们的运行。 9.根据权利要求8所述的颗粒混合体系中混合参数的优化设计系统， 其特征在于， 还包 括： 输入显示部， 与所述控制部通信相连， 让用户输入操作指令， 并根据操作指令进行相应 显示。 10.根据权利要求9所述的颗粒混合体系中混合 参数的优化设计系统， 其特 征在于： 其中， 所述输入显示部能够让用户输入或导入待混合颗粒与混合机罐体的结构尺寸数 据和物性数据， 并能够根据相应操作指令： 对所述模型构建部建立的颗粒与混合机罐体的 混合体系三 维离散元数值模型进 行显示， 对所述数据集 获取部确定的模型基础参数和模拟权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114925589 A 3