时滞系统次优控制算法在封闭环境控温模型中的应用研究.docVIP

时滞系统次优控制算法在封闭环境控温模型中的应用研究 池涛1，薛万奉1，2，印润远1，王建林2 1 上海海洋大学信息学院，上海，200090 2 上海东海学院，上海，200241 摘 要 环境检测和控制过程中经常存在输出时滞现象，带有时滞项的方程求解十分困难，本文针对冷链环境的控温模型中普遍存在的时滞项问题，提出了基于次优控制算法的控温模型，不仅消除了时滞项的影响，而且可以运用一阶两点边值问题的递推算法得到次优控制律的迭代算法。 关键词 环境模型，时滞现象，次优控制 Abstract: There often exist a time lag phenomenon during output in the environment inspection and control process, time lag phenomenon brings about system solution very difficult, in the view that time lag phenomenon affects for the precise close environment charges the temperature in the model, this paper suggests the temperature control model based on the control algorithms, not only the effect having removed the time lag item, but also recursive boundary value having produced the iterative algorithms. Keywords: environmental model, delay phenomenon, sub-optimal control 本项研究基于上海市科委2006年市重点项目“主要畜产品冷链关键技术与设备研究与开发”基金支持，研究在嵌入式系统中实现非线性时滞系统的控制模型，应用在封闭箱体的精确控温，以便最大限度地保持食物的新鲜和口味。文本主要研究非线性时滞系统的控制模型实现。 1　被控过程描述 被控过程是一个全程化将封闭环境的温度值精确控制在设定值的过程，要求系统不但可以实时检测温度，全程保存温度值，而且对冷藏环境精确控温。控制主芯片采用Cirrus Logic公司的EP9315芯片，温度信号由温度传感器转变为电信号，经前置放大器滤波后传送至AT90S4433芯片进行A/D转换，另一方面可以通过AT90S4433芯片将反馈温度信号进行A/D转换并产生控制信号给输出控制逻辑，根据温度数据直接控制主芯片EP9315的PWM变化（PWM的全称是Pulse Width Modulation，即脉冲宽度调制），主芯片通过PWM端口直接控制制冷机。制冷机采用数码涡旋压缩机，通过PWM阀的动作，使得涡旋盘在轴向移动非常小的距离，来实现压缩机加载或减载，通过改变加载或减载的周期时间，来完成冷气容量的调节，进而完成降温作用。PWM控制电机是按照脉冲宽度的百分比进行的，其控制精度很高，PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。 在整个调节回路有如下特点： ①纯滞后时间长、惯性大。系统依据采集到的温度值来改变PWM，通过PWM的作用，使得涡旋盘在轴向移动非常小的距离，使压缩机加载或者减载，我们依靠改变压缩机加载或者减载的周期时间，来完成冷气量的调节，进而促使温度下降幅度，由于该设备的容量系数比较大，所以经过一定时间制冷作用才能响应，而这种响应会使温度有所变化，还必须再经过一段时间滞后才能得到响应。而且惯性很大，系统一旦波动就很难稳定。 ②系统的主要随机干扰是电磁信号干扰（尤其对变频信号影响很大）。在实际工作中，尤其在电磁场附近，噪声成了控制回路中的主要干扰因素。当然，温度测量的漂移也是一种干扰因素。根据系统的上述特点，控制模型应对滞后时间作一定的补偿，从而增强系统的抗干扰能力，提高回路的控制品质。 2　控制模型描述 采用单输入单输出模型来近似描述系统动态过程：多温区冷藏车由3个温区组成，分别是冷冻区、冷藏区和常温区，每个温区采用独立的制冷设备控制温度。我们将整个温控模型看作一个3输入（3个PWM信号分别控制3组制冷设备的工作方式）、3输出（3个温区的温度）系统，即： （1） （2） 其中，和都代表相应变量的稳定工作点，对于大容量冷藏箱体的内部各点的温度精确降至某一设定值，制冷过程表现出具有较大的时间常数的后滞现象。我们引入状态变量x实时表征温度值。 （3） 则时滞系统的状态空间模型可以描述为： （4） 其中，为状态向量，表示时滞为的模型的状态向量，这是表征