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恒溫恒濕控制.docx

作者:CEO 時(shí)間:2023-02-13

信息摘要:摘要:某恒溫實(shí)驗(yàn)室的恒溫精度為27±0.2°C,但是由于實(shí)驗(yàn)室的特殊性,恒溫室的內(nèi)外擾量多且某些隨機(jī)擾量的大小難于確定,而導(dǎo)致了其恒溫精度很難達(dá)到預(yù)期效果。為了解決這個(gè)問題,通過建立恒溫室被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型求出其傳遞函數(shù),然后采用參數(shù)尋優(yōu)方法確定PID控制器的參數(shù),

恒溫恒濕控制.docx

恒溫恒濕控制.docx

  摘要:某恒溫實(shí)驗(yàn)室的恒溫精度為27±0.2°C,但是由于實(shí)驗(yàn)室的特殊性,恒溫室的內(nèi)外擾量多且某些隨機(jī)擾量的大小難于確定,而導(dǎo)致了其恒溫精度很難達(dá)到預(yù)期效果。為了解決這個(gè)問題,通過建立恒溫室被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型求出其傳遞函數(shù),然后采用參數(shù)尋優(yōu)方法確定PID控制器的參數(shù),最后采用MATLAB仿真的方法,研究恒溫室內(nèi)外擾量對(duì)房間溫度的影響。通過研究,可以得出,當(dāng)設(shè)備散熱干擾量為14.7C以及送風(fēng)溫度干擾量為0.1C,滲透風(fēng)干擾量不大于0.3C時(shí),PID控制才能保證恒溫室的恒溫精度。

  關(guān)鍵詞:恒溫室,PID控制滲透風(fēng)干擾量參數(shù)尋優(yōu)溫度1前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各類精密產(chǎn)品的生產(chǎn)制造以及特種科學(xué)實(shí)驗(yàn)都要求具有特定的工作環(huán)境,恒溫就成為了不可缺少的條件之一。目前我國常見的恒溫室的恒溫精度為±1C及±0.5C,也有±0.1C。而一些高精度的恒溫室如光學(xué)儀器廠的刻線室恒溫精度已達(dá)到了±0.0056C。但是在某些特殊的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室不僅恒溫精度很高,而且干擾量多如滲透風(fēng)、設(shè)備散熱、送風(fēng)溫度波動(dòng)以及電熱器供電電壓的波動(dòng)等,且某些干擾量如滲透風(fēng)其最大值難于確定而沒有采用相應(yīng)的措施控制滲透風(fēng)擾量,導(dǎo)致了房間溫度的波動(dòng)過大,結(jié)果使恒溫室的恒溫精度很難達(dá)到要求。如何使這些特殊的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室恒溫精度達(dá)到使用要求,也成為了恒溫室的空調(diào)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)巨大的難題。

  由于傳統(tǒng)的PID控制算法,其運(yùn)算簡單、調(diào)整方便、魯棒性強(qiáng)在過程控制中,這種控制算法仍占據(jù)相當(dāng)重要的地位.故目前恒溫室的空調(diào)系統(tǒng)大部分采用PID控制。但PID控制的效果如何,在很大程度上是取決于控制器參數(shù)的正確整定。為此,人們提出了各種不同的參數(shù)整定方法,如誤差積分最小、固定衰減比、極點(diǎn)配置等方法.這些方法主要是用經(jīng)典控制理論中的一些設(shè)計(jì)方法或者依靠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法來進(jìn)行PID控制器參數(shù)的計(jì)算與整定.顯然,這就要求操作人員具有較高的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn).而且,被控對(duì)象模型參數(shù)難以確定以及系統(tǒng)性能穩(wěn)定性較差,則需頻繁地進(jìn)行參數(shù)整定,這必將影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對(duì)于這些特殊的空調(diào)房間溫度的控制,由于被控對(duì)象具有較大的慣性和遲延,且受各種因素變化的影響,因此對(duì)象的傳遞函數(shù)具有非線性和時(shí)變特性,采用傳統(tǒng)的PID控制難于取得較好的控制效果。

  本文采用單純形法尋優(yōu)PID參數(shù),然后采用MATLAB仿真確定滲透風(fēng)干擾量的最大值,PID控制才能保證恒溫室的恒溫精度。

  2工程概況恒溫室建筑面積625m2,層高2.8m,總送風(fēng)量m3/h,送風(fēng)溫度13.5C,房間設(shè)計(jì)溫度27±0.2C,設(shè)備散熱量135KW,恒溫室建筑墻體、地板采用絕熱材料,滲透風(fēng)來自外部房間其設(shè)計(jì)溫度26±1C。

  3恒溫室空調(diào)過程建模3.1恒溫室空調(diào)系統(tǒng)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型要對(duì)一個(gè)恒溫室空調(diào)系統(tǒng)被控對(duì)象進(jìn)行控制,須為其建立一個(gè)合適的數(shù)學(xué)模型。使用數(shù)學(xué)語言對(duì)實(shí)際對(duì)象進(jìn)行一些必要的簡化和假設(shè):

 ?。?)由于該恒溫室建筑墻體、地板采用絕熱材料,故室內(nèi)外墻體和地板熱量傳遞忽略不計(jì)。

  (2)恒溫室頂棚由蓋板組成,存在縫隙,考慮有一定的滲透風(fēng),其他地方如門窗的滲透風(fēng)忽略不計(jì)。

  假如不考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性和室溫調(diào)節(jié)對(duì)象的傳遞滯后,根據(jù)能量守恒定律,單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入對(duì)象的能量減去單位時(shí)間內(nèi)由對(duì)象流出的能量等于對(duì)象內(nèi)能量蓄存量的變化率,表達(dá)式和圖1如下所示:

  圖1室溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

  式中:Chrr——恒溫室的熱容(KJ/°C);C——空氣的比熱(KJ/kg?C);GS一送風(fēng)量(kg/h);oo/——電加熱器前的送風(fēng)溫度(C);01——室內(nèi)空氣溫度,回風(fēng)溫度(C);Qe——電加熱器的熱量(KJ/h);Qm——設(shè)備散熱量(KJ/h);Qj——滲透風(fēng)帶入的熱量(KJ/h);由式Qi=GNM)&(2)式中:Gj—滲透風(fēng)量(kg/h);oit——滲透風(fēng)空氣溫度(°C);clt——滲透風(fēng)空氣的比熱(KJ/kg.°C)。

  21%5=爵|7+烏+陞+器也G^+Gcdi"ES

  7;岑+§=%(&+&+明(4)

  式中:T1——調(diào)節(jié)對(duì)象的時(shí)間常數(shù)(h),T1=Chrr/(Gi"+GSC)(5);

  K1——調(diào)節(jié)對(duì)象的放大系數(shù),K1=GSc/(GIc.t+GSc)(6);

  oE一電加熱器的調(diào)節(jié)量,換算成送風(fēng)溫度的變化(C),0E=Qe/GSC(7);

  of—干擾量換算成送風(fēng)溫度的變化(C),8廣為+8熠+席⑧.,of‘——送風(fēng)溫度干擾量(C),°f‘=°o“(9)

  oif一滲透風(fēng)的干擾量(C),0If=QI/GSC(10);0Mf設(shè)備散熱量的干擾量(C),0Mf=Qm/GSC(11)。

  由式(4)拉普拉斯變換,得(.邛+1淚(滬M扇+%+弟I.y

  如果考慮被控對(duì)象傳遞滯后,則恒溫室空調(diào)過程的傳遞函數(shù)為:

  (13

  (13)

  3.2感溫元件和執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)感溫元件采用熱電阻,根據(jù)熱

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