洁净室的温湿度控制系统.doc

洁净室的温湿度控制系统摘要:本文以药厂洁净室的温湿度控制为例，设计了一套基于PI D参数模糊自调整、串级控制和分段控制的洁净室温沮度控制系统。该系统不仅适用于药厂洁净室的恒温恒湿控制，也可用于各种制造行业的室内温湿度控制。关健词:PI D参数模糊自调整串级控制洁净室温湿度1、引言药厂洁净室的温湿度控制系统不同于一般的空调控制系统。药厂洁净室内的温湿度要求控制精度比较高，其室内温度与湿度之间存在交叉耦合情况，即温度控制会引起湿度变化，湿度控制也会引起温度变化。因此，药厂洁净室的温湿度控制是一种非线性的、滞后的、时变的复杂过程，这种系统若采用传统的PID控制来实现显然是不适宜的。现有的研究和实践表明，对于无法取得精确数学模型或数学模型相当粗糙的系统，采用模糊控制可以达到令人满意的效果。本文就是针对药厂洁净室的温湿度控制，提出了一种串级控制的PID参数模糊自调整方法。并采用了分段的控制方法，设计出一套洁净室的温湿度控制系统，该系统能显著提高洁净室空调系统的运行效果和经济性。2、系统原理温湿度控制系统的被控参数是洁净室的温度和湿度。温度与湿度通过温度传感器与湿度传感器输出的电信号送到控制器《户LC)后，经过A/D转换。控制器根据A/D转换后的温湿度偏差和温湿度偏差变化率，经过模糊自调整PID的调节，然后通过送风温度、回风温度的串级控制和分段控制，并设置了PID控制容限，将PID的输出分成加热、制冷或加湿信号，来分别控制热水阀、冷水阀和加湿阀的开度，从而实现了对室内温湿度的控制。3、系统的设计该系统设计目标就是根据上述原理来实现对洁净室的温湿度进行监控与控制:在洁净室内可根据需要调节温湿度，或在远程机房内对洁净室内的温湿度进行远程控制，以保证室内温湿度的恒定。基于PID参数模糊自调整、串级控制和分程控制的洁净室温湿度控制系统结构图如图1所示。下面就该系统中所采用的PID参数模糊自调整机构的设计和串级控制、分段控制的实现过程进行描述。3.1 PID参数模糊自调整机构的设计PID参数模糊自调整机构的设计思想是首先找出PID三个参数与偏差e和偏差变化率e之间的模糊关系，并在运行中通过不断检测e和计算e,然后根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改以满足在不同e和e时对控制器参数的不同要求，从而使被控对象具有良好的动、静性能。PID参数模糊自调整机构如图，所示。PI D参数模糊自调整机构设计过程:常规PID控制器的传递函数为:G(s)=Kp+Ki /S+Kd/S (1)其中，Kp、Ki、Kd分别称为比例增益、积分增益和微分增益。 将（1）式转化为另一种等价的形式为:U(t)二Kp[e(t)+(∫e(t)dt)/Ti+Td ×de(t) /dt]其中：Ti=Kp/Ki、Td=Kd/Kp分别称为积分时间常数、微分时间常数。KP和Kd的变化范围为[Kp,min, Kd,max]和[Kp,miln,Kd，max]，这个范围可以根据经验或实验结果来确定。为了方便，Kp和Kd通过以下线性变换，归一化到0和1之间的参数Kp’和Kd’：Kp’=(Kp一Kp,min)/(Kp , max一Kp,min)Kd’ = (Kd一Kd,,min)/ Kd , max一Kd,mln)在参数调整时，根据当前的偏差e和偏差变化率e来确定参数，积分时间常数由微分时间常数决定:Ti=aTd积分增益Ki=Kp/( aTd)= Kp 2 /( a Kd )其中参数Kp’和Kd’和a由一组模糊规则得到。利用模糊推理的方法，可以得到三组控制表:其中:论域定为:{-6，-4，-2,0,2,4,6}，模糊词集为:{NB，NM,NS,ZO,PS,PM，PB}。隶属函数取为三角形隶属函数，通过隶属函数可方便的求得输入变量的赋值表，利用附值表及模糊控制规则，通过拉森算法，可得到模糊控制规则表如下所示。Kp’和Kd’的论域为{0,1}，模糊词集为:{BB，S5} 。e的论域为[2,3,4,5]，模糊词集为{SS, MS,MM, BB}。 一旦得到Kp’、 Kd’和a后，按下式就可计算出PID的各个参数如下:Kp=( Kp,max一Kp,min) Kp’十Kp,minKd = (Kd,max一Kd,min) Kd ‘+ Kd,mlnKi= Kp 2/( a Kd)对于不同的过程，踢和隔的范围可定义为:Kd,min=0. 32Ku，Kp,max = 0. 6 Ku，Kd,min=0. 08Ku Tu，Kd,max= 0.15 Ku Tu式中Ku和Tu。分别是在比例控制下增益和振荡周期。我们在控制系统的软件中通过应用上述算法，使这种模糊自调整机构按偏差信号及其变化趋势的大小、方向等特征，通过模糊推理对P.LD参数做出