恒溫智能控制論文范文

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1復合智能控制算法

1．1加上環(huán)境溫度，進水溫度，水壓，水流量［3］的變化影響，出水溫度將滿足下列函數(shù)關系式。其中λ為溫度影響因子，Q為水流量，P為水壓。在恒溫控制系統(tǒng)中，為了可以減少整個溫控系統(tǒng)的延時性，在系統(tǒng)輸出誤差絕對值較大時，采用飽和輸出的工作方式。同時，為了防止系統(tǒng)過大的超調量，在系統(tǒng)誤差的絕對值在小范圍時，采用增大積分系數(shù)的辦法，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。因此本系統(tǒng)所采用的智能PID算法是一種非線性算法，可以顯著改善恒溫系統(tǒng)的動態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)精度。該系統(tǒng)的執(zhí)行機構為電動流量調節(jié)閥，其開度控制是通過接通時間的長短來進行的，因此在引入PID控制時使用增量式。

1．2首次閥門開度技術系統(tǒng)會預先設置好4組PID參數(shù)，為了使水溫能夠快速且準確的達到設定溫度，在進行PID調節(jié)時，系統(tǒng)會根據(jù)3號溫度傳感器采集到的環(huán)境溫度T3，與設定溫度T3s(用戶設定，默認值為20℃，參數(shù)設定范圍為－15℃～45℃)和設定參數(shù)ΔT3s(用戶設定，默認值為15℃，參數(shù)設定范圍為5℃～30℃)之間的關系來確定首次閥門的開度。若T3T3s－ΔT3s，則系統(tǒng)選擇PID1的設定參數(shù);若T3s－ΔT3s＜T3＜T3s，則系統(tǒng)選擇PID2的設定參數(shù);若T3T3s，則系統(tǒng)選擇PID3的設定參數(shù)。這樣可以保證水溫能快速穩(wěn)定的達到目標溫度。

1．3溫度斜率參與控制技術為了提高空氣能熱水器出水溫度達到60℃以上，有效防止溫度超調量過大，采取溫度斜率參與控制來提前控制溫度的快速上升。針對溫度上升階段，當閥門開度逐漸減小時，溫度上升曲線的斜率為遞增趨勢，這樣容易造成溫度超調量大，導致機組溫度過高而保護停機。在溫度上升階段加入斜率參與控制技術，當溫度的上升量大于設定值時，即當每10s溫度上升大于0．6℃時，閥門停止關閥動作，這樣能控制溫度上升的曲線斜率為遞減趨勢，給水溫變化留有合理的緩沖時間，防止超調量過大導致機組保護停機。

1．4閥門跟蹤技術在低溫情況下，系統(tǒng)加入了閥門跟蹤技術，即在閥門已經接近處于全關位置，但是水溫還沒有達到設定溫度，這時就啟動閥門跟蹤，使閥門停在現(xiàn)在的位置，等著溫度上升，而不再進行關小閥門繼續(xù)調節(jié)，這樣既能達到目標溫度，又能防止在水溫接近目標溫度時，閥門頻繁動作［9］。同時在PID調節(jié)的同時加入閥門位置跟蹤，也有利于防止閥門關死導致機組壓力過大而停止工作。從首次開閥進入PID調節(jié)到T1(出水溫度)達到Tsp(目標溫度)的這一溫度上升時段內參與，即當信號到來時從全開位置開始記錄單片機累計向閥門發(fā)出的脈沖個數(shù)n。當n=b時，則暫時屏蔽單片機向步進電機輸出脈沖，此后待T1溫度每10秒鐘上升幅度小于設定值時，并且T1＜Tsp則輸出脈沖屏蔽暫時退出，切入PID調節(jié)。此時閥門跟蹤繼續(xù)參與，若在T1＜Tsp時，出現(xiàn)了b=N5(N5定義為閥門的最大開度)，則再次屏蔽輸出脈沖，使T1每10秒鐘上升幅度小于設定值時，則本次閥門位置跟蹤結束。

1．5自適應計算參數(shù)系統(tǒng)一共有4組PID控制參數(shù)，通過3號溫度傳感器采集到的環(huán)境溫度可以確定不同的地區(qū)和不同的季節(jié)。同時將采集到的出水溫度和用戶的設定溫度進行比較計算出偏差，系統(tǒng)可以自動選擇前3種PID控制參數(shù)，同時系統(tǒng)還會通過2號溫度傳感器采集到水箱溫度T2。若系統(tǒng)正式進入PID調節(jié)15分鐘后，檢測到T2SP－10℃且T260℃時(SP=T1s－ΔTLs)，則系統(tǒng)自動轉入PID4的調節(jié)狀態(tài)。所以本系統(tǒng)具有一定的自適應能力，可以適應不同地區(qū)和季節(jié)的恒溫出水。

1．6復合智能控制系統(tǒng)流程復合智能控制系統(tǒng)的軟件設計采用模塊化設計結構，具有自適應能力，可以根據(jù)環(huán)境溫度，進水溫度和水箱溫度自動切換到合適的PID參數(shù)組。在智能PID算法的基礎上輔以首次閥門開度技術，溫度斜率參與控制技術，閥門跟蹤技術形成了復合智能控制算法。克服了系統(tǒng)的調節(jié)滯后，響應緩慢，難以控制等問題。其流程圖如圖2所示。

2測試結果與分析

系統(tǒng)經過前期方案論證和軟硬件設計，在某型號熱泵熱水器上實際運行，獲得了滿足工業(yè)控制要求的控制曲線，由此可以證明復合智能控制算法所提出的控制策略和程序實現(xiàn)方法符合實際控制要求。以下分別給出傳統(tǒng)數(shù)字PID控制算法和復合智能控制算法的恒溫系統(tǒng)控制曲線。其中環(huán)境溫度為20℃，目標溫度為60℃，圖3為采用傳統(tǒng)數(shù)字PID測試曲線，圖4為采用復合智能控制算法測試曲線。從圖3可知當設定溫度為60℃時，溫度需要經過13分鐘的時間才能達到穩(wěn)定輸出狀態(tài)，輸出溫度約為58．5℃，溫度的超調量約為6℃。從圖4可知當設定溫度為60℃時，溫度需要經過5分鐘就能達到穩(wěn)定輸出狀態(tài)，輸出溫度約為59．5℃，溫度的超調量約為1．5℃。比較測試曲線可以看出，這種算法可以獲得滿足工業(yè)控制要求的控制曲線，能減小調節(jié)時間和超調量，能夠在較短的時間內達到用戶設定的出水溫度。

3結束語

在恒溫控制系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)自身的結構特點，決定了它沒有準確的數(shù)學模型，所以采用傳統(tǒng)的PID控制算法并不能兼顧所有工況下的多項性能指標，如調節(jié)時間和超調量等。復合智能控制算法是對傳統(tǒng)PID控制算法的優(yōu)化設計，并在實際控制平臺上運行，系統(tǒng)可以自動對PID參數(shù)進行選擇和整定，以達到理想的控制效果。由此可以證明復合智能控制算法具有廣闊的工程應用前景。

作者：王延年李浩劉成濤單位：西安工程大學電子信息學院