恒溫恒濕控製.docx

恒溫恒濕控製.docx

　　摘要：某恒溫實驗室的恒溫精度為27±0.2°C，但是由於實驗室的特殊性，恒溫室的內外擾量多且某些隨機擾量的大小難於確定，而導致了其恒溫精度很難達到預期效果。為了解決這個問題，通過建立恒溫室被控對象的數學模型求出其傳遞函數，然後采用參數尋優方法確定PID控製器的參數，最後采用MATLAB仿真的方法，研究恒溫室內外擾量對房間溫度的影響。通過研究，可以得出，當設備散熱幹擾量為14.7C以及送風溫度幹擾量為0.1C，滲透風幹擾量不大於0.3C時，PID控製才能保證恒溫室的恒溫精度。

　　關鍵詞：恒溫室，PID控製滲透風幹擾量參數尋優溫度1前言隨著科學技術的發展，各類精密產品的生產製造以及特種科學實驗都要求具有特定的工作環境，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儀器廠的刻線室恒溫精度已達到了±0.0056C。但是在某些特殊的科學實驗室不僅恒溫精度很高，而且幹擾量多如滲透風、設備散熱、送風溫度波動以及電熱器供電電壓的波動等，且某些幹擾量如滲透風其最大值難於確定而沒有采用相應的措施控製滲透風擾量，導致了房間溫度的波動過大，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實驗室恒溫精度達到使用要求，也成為了恒溫室的空調係統和控製係統設計的一個巨大的難題。

　　由於傳統的PID控製算法，其運算簡單、調整方便、魯棒性強在過程控製中，這種控製算法仍占據相當重要的地位.故目前恒溫室的空調係統大部分采用PID控製。但PID控製的效果如何，在很大程度上是取決於控製器參數的正確整定。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、極點配置等方法.這些方法主要是用經典控製理論中的一些設計方法或者依靠現場試驗方法來進行PID控製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調試經驗.而且，被控對象模型參數難以確定以及係統性能穩定性較差，則需頻繁地進行參數整定，這必將影響係統的正常運行。對於這些特殊的空調房間溫度的控製，由於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性和時變特性，采用傳統的PID控製難於取得較好的控製效果。

　　本文采用單純形法尋優PID參數，然後采用MATLAB仿真確定滲透風幹擾量的最大值，PID控製才能保證恒溫室的恒溫精度。

　　2工程概況恒溫室建築麵積625m2,層高2.8m，總送風量m3/h，送風溫度13.5C，房間設計溫度27±0.2C，設備散熱量135KW，恒溫室建築牆體、地板采用絕熱材料，滲透風來自外部房間其設計溫度26±1C。

　　3恒溫室空調過程建模3.1恒溫室空調係統被控對象的數學模型要對一個恒溫室空調係統被控對象進行控製，須為其建立一個合適的數學模型。使用數學語言對實際對象進行一些必要的簡化和假設：

　　（1）由於該恒溫室建築牆體、地板采用絕熱材料，故室內外牆體和地板熱量傳遞忽略不計。

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

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

　　圖1室溫自動調節係統數學表達式為：

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

　　21%5=爵|7+烏+陞+器也G^+Gcdi"ES

　　7；岑+§=%（&+&+明（4）

　　式中：T1——調節對象的時間常數（h）,T1=Chrr/（Gi"+GSC）（5）；

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

　　oE一電加熱器的調節量，換算成送風溫度的變化（C）,0E=Qe/GSC（7）；

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

　　oif一滲透風的幹擾量（C）,0If=QI/GSC（10）；0Mf設備散熱量的幹擾量（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後，則恒溫室空調過程的傳遞函數為:

　　(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