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恒溫恒濕控制.docx

欄目：知識(shí)百科編輯：CEO 來源：網(wǎng)絡(luò) 熱度：0 日期：2023-03-01

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)

，最后采用MATL

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(guó)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(jiǎn)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(jiǎn)化和假設(shè)：

　?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">。?）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

；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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