潔凈室溫濕度的控制
要:本文以藥廠潔凈室的溫濕度控制為例，設(shè)計(jì)了一套基于PID參數(shù)模糊自調(diào)整、串級(jí)控制和分段控制的潔凈室溫沮度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅適用于藥廠潔凈室的恒溫恒濕控制，也可用于各種制造行業(yè)的室內(nèi)溫濕度控制。
關(guān)健詞:PID參數(shù)模糊自調(diào)整串級(jí)控制潔凈室溫濕度
1、引言
藥廠潔凈室的溫濕度控制系統(tǒng)不同于一般的空調(diào)控制系統(tǒng)。藥廠潔凈室內(nèi)的溫濕度要求控制精度比較高，其室內(nèi)溫度與濕度之間存在交叉耦合情況，即溫度控制會(huì)引起濕度變化，濕度控制也會(huì)引起溫度變化。因此，藥廠潔凈室的溫濕度控制是一種非線性的、滯后的、時(shí)變的復(fù)雜過(guò)程，這種系統(tǒng)若采用傳統(tǒng)的PID控制來(lái)實(shí)現(xiàn)顯然是不適宜的?，F(xiàn)有的研究和實(shí)踐表明，對(duì)于無(wú)法取得**數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)，采用模糊控制可以達(dá)到令人滿意的效果。本文就是針對(duì)藥廠潔凈室的溫濕度控制，提出了一種串級(jí)控制的PID參數(shù)模糊自調(diào)整方法。并采用了分段的控制方法，設(shè)計(jì)出一套潔凈室的溫濕度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能顯著提高潔凈室空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)性。
2、系統(tǒng)原理
溫濕度控制系統(tǒng)的被控參數(shù)是潔凈室的溫度和濕度。溫度與濕度通過(guò)溫度傳感器與濕度傳感器輸出的電信號(hào)送到控制器《戶LC)后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換。控制器根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換后的溫濕度偏差和溫濕度偏差變化率，經(jīng)過(guò)模糊自調(diào)整PID的調(diào)節(jié)，然后通過(guò)送風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度的串級(jí)控制和分段控制，并設(shè)置了PID控制容限，將PID的輸出分成加熱、制冷或加濕信號(hào)，來(lái)分別控制熱水閥、冷水閥和加濕閥的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)溫濕度的控制。
3、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)就是根據(jù)上述原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)潔凈室的溫濕度進(jìn)行監(jiān)控與控制:在潔凈室內(nèi)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)溫濕度，或在遠(yuǎn)程機(jī)房?jī)?nèi)對(duì)潔凈室內(nèi)的溫濕度進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以保證室內(nèi)溫濕度的恒定?；?span lang="EN-US">PID參數(shù)模糊自調(diào)整、串級(jí)控制和分程控制的潔凈室溫濕度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。下面就該系統(tǒng)中所采用的PID參數(shù)模糊自調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和串級(jí)控制、分段控制的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行描述。
3.1 PID參數(shù)模糊自調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
PID參數(shù)模糊自調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想是首先找出PID三個(gè)參數(shù)與偏差e和偏差變化率△e之間的模糊關(guān)系，并在運(yùn)行中通過(guò)不斷檢測(cè)e和計(jì)算△e,然后根據(jù)模糊控制原理來(lái)對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改以滿足在不同e和△e時(shí)對(duì)控制器參數(shù)的不同要求，從而使被控對(duì)象具有良好的動(dòng)、靜性能。PID參數(shù)模糊自調(diào)整機(jī)構(gòu)如圖，所示。
PI D參數(shù)模糊自調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程:
常規(guī)PID控制器的傳遞函數(shù)為:
G(s)=Kp+Ki /S+Kd/S (1)
其中，Kp、Ki、Kd分別稱為比例增益、積分增益和微分增益。
將（1）式轉(zhuǎn)化為另一種等價(jià)的形式為:
U(t)二Kp[e(t)+(∫e(t)dt)/Ti+Td ×de(t) /dt]
其中：Ti=Kp/Ki、Td=Kd/Kp分別稱為積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。
KP和Kd的變化范圍為[Kp,min,Kd,max]和[Kp,miln,Kd，max]，這個(gè)范圍可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)結(jié)果來(lái)確定。為了方便，Kp和Kd通過(guò)以下線性變換，歸一化到0和1之間的參數(shù)Kp’和Kd’：
Kp’=(Kp一Kp,min)/(Kp ,max一Kp,min)
Kd’ = (Kd一Kd,,min)/ Kd , max一Kd,mln)
在參數(shù)調(diào)整時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的偏差e和偏差變化率△e來(lái)確定參數(shù)，積分時(shí)間常數(shù)由微分時(shí)間常數(shù)決定:Ti=aTd
積分增益Ki=Kp/( aTd)= Kp 2 /( a Kd )
其中參數(shù)Kp’和Kd’和a由一組模糊規(guī)則得到。
利用模糊推理的方法，可以得到三組控制表:
其中:論域定為:{-6，-4，-2,0,2,4,6}，模糊詞集為:
{NB，NM,NS,ZO,PS,PM，PB}。隸屬函數(shù)取為三角形隸屬函數(shù)，通過(guò)隸屬函數(shù)可方便的求得輸入變量的賦值表，利用附值表及模糊控制規(guī)則，通過(guò)拉森算法，可得到模糊控制規(guī)
則表如下所示。
Kp’和Kd’的論域?yàn)?span lang="EN-US">{0,1}