恒溫恒濕控制.docx

恒溫恒濕控制.docx

　　摘要：某恒溫實(shí)驗室的恒溫精度為27±0.2°C，但是由于實(shí)驗室的特殊性，恒溫室的內外擾量多且某些隨機擾量的大小難于確定，而導致了其恒溫精度很難達到預期效果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)建立恒溫室被控對象的數學(xué)模型求出其傳遞函數，然后采用參數尋優(yōu)方法確定PID控制器的參數，最后采用MATLAB仿真的方法，研究恒溫室內外擾量對房間溫度的影響。通過(guò)研究，可以得出，當設備散熱干擾量為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)干擾量參數尋優(yōu)溫度1前言隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)精密產(chǎn)品的生產(chǎn)制造以及特種科學(xué)實(shí)驗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(jiàn)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(chǎng)的刻線(xiàn)室恒溫精度已達到了±0.0056C。但是在某些特殊的科學(xué)實(shí)驗室不僅恒溫精度很高，而且干擾量多如滲透風(fēng)、設備散熱、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(méi)有采用相應的措施控制滲透風(fēng)擾量，導致了房間溫度的波動(dòng)過(guò)大，結果使恒溫室的恒溫精度很難達到要求。如何使這些特殊的科學(xué)實(shí)驗室恒溫精度達到使用要求，也成為了恒溫室的空調系統和控制系統設計的一個(gè)巨大的難題。

　　由于傳統的PID控制算法，其運算簡(jiǎn)單、調整方便、魯棒性強在過(guò)程控制中，這種控制算法仍占據相當重要的地位.故目前恒溫室的空調系統大部分采用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的正確整定。為此，人們提出了各種不同的參數整定方法，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計方法或者依靠現場(chǎng)試驗方法來(lái)進(jìn)行PID控制器參數的計算與整定.顯然，這就要求操作人員具有較高的理論基礎和現場(chǎng)調試經(jīng)驗.而且，被控對象模型參數難以確定以及系統性能穩定性較差，則需頻繁地進(jìn)行參數整定，這必將影響系統的正常運行。對于這些特殊的空調房間溫度的控制，由于被控對象具有較大的慣性和遲延，且受各種因素變化的影響，因此對象的傳遞函數具有非線(xiàn)性和時(shí)變特性，采用傳統的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，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，房間設計溫度27±0.2C，設備散熱量135KW，恒溫室建筑墻體、地板采用絕熱材料，滲透風(fēng)來(lái)自外部房間其設計溫度26±1C。

　　3恒溫室空調過(guò)程建模3.1恒溫室空調系統被控對象的數學(xué)模型要對一個(gè)恒溫室空調系統被控對象進(jìn)行控制，須為其建立一個(gè)合適的數學(xué)模型。使用數學(xué)語(yǔ)言對實(shí)際對象進(jìn)行一些必要的簡(jiǎn)化和假設：

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

　?。?）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(mén)窗的滲透風(fēng)忽略不計。

　　假如不考慮執行機構的慣性和室溫調節對象的傳遞滯后，根據能量守恒定律，單位時(shí)間內進(jìn)入對象的能量減去單位時(shí)間內由對象流出的能量等于對象內能量蓄存量的變化率，表達式和圖1如下所示：

　　圖1室溫自動(dòng)調節系統數學(xué)表達式為：

　　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——室內空氣溫度，回風(fēng)溫度（C）；Qe——電加熱器的熱量（KJ/h）；Qm——設備散熱量（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——調節對象的時(shí)間常數（h）,T1=Chrr/（Gi"+GSC）（5）；

　　K1——調節對象的放大系數，K1=GSc/（GIc.t+GSc）（6）；

　　oE一電加熱器的調節量，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

　　如果考慮被控對象傳遞滯后，則恒溫室空調過(guò)程的傳遞函數為:

　　(13

　　(13)

　　3.2感溫元件和執行調節機構的傳遞函數感溫元件采用熱電阻，根據熱