水溫控制算法報(bào)告

水溫控制算法報(bào)告一、時(shí)間通斷法暖氣閥門控制采用時(shí)間通斷法，即改變PWM波的占空比對溫度控制，如圖2所示。0N0.500.330.670.0N0.500.330.670.504 匚■ wTT■?T? ?TOFF圖1PWM控制溫度由于室溫和水溫控制，溫度變化的時(shí)滯性、非線性、時(shí)變性和難以建立數(shù)學(xué)模型的特性決定了用傳統(tǒng)的單一控制手段很難實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制，本系統(tǒng)采用基于PWM波的PID溫度控制算法，利用PID控制開通時(shí)間占空比。系統(tǒng)采用數(shù)字控制系統(tǒng)DDC(DirectDigitalControl),微型計(jì)算機(jī)通過過程輸入通道對一個(gè)或多個(gè)物理屋進(jìn)行檢測，并根據(jù)確定的控制規(guī)律(算法)進(jìn)行計(jì)算，通過輸出通道直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使各被控量達(dá)到預(yù)定的要求。系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖2圖2直接數(shù)字控制系統(tǒng)二、建模分析系統(tǒng)模型：本系統(tǒng)采用的控制方式PD控制 u(n)=Up(n)+uD(n)+u0

根據(jù)分析系統(tǒng)采用增量型PID算法，公式如卜?:Au(11)=u(n)_11(11-1)=Kp=Kp[e(n)-e(n-1)]+KPJe(n)+Kp-2e(n-l)+e(n-2)]增量型PID算法的算式,Au(n)=u(n)_11(11_1)=Kp*[e(n)-e(n-1)]+Ki*e(n)+Kd*[e(n)-2e(n-l)+e(n-2)]選擇采樣周期的原則一一采樣定理最大采樣周期乙瘁=+X11AX由于水溫散熱比較慢，故系統(tǒng)采用PD控制，對于特定的壞境可增加積分（I）控制，并調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)。對于具體的控制對象，在本系統(tǒng)中采用Bang-Bang+PID控制，即u(t)=PID控制e(t)<|a|

■開關(guān)控制e(t)>u(t)=Min溫度控制范圍PID控制范用設(shè)定汨度-a平均分必0TMin溫度控制范圍PID控制范用設(shè)定汨度-a平均分必0T等分Max曲線1開通水溫上升曲線測試曲線2（曲線1開通水溫上升曲線測試曲線2（散熱時(shí)間:190.5min）：曲線2關(guān)斷水溫下降曲線式中，Q為PID控制閥值，T為控制周期。三、數(shù)據(jù)分析相關(guān)數(shù)據(jù)：系統(tǒng)控制周期：30s；溫度采樣周期：6s：水的質(zhì)量:8.9kg；加熱棒功率：1500w：測試曲線2（加熱時(shí)間:48.8min）：測試曲線3(PD控制Kp:1.0,Kd:0.5):測試曲線4(PD控制Kp:1.5zKd:0.1):測試曲線3(PD控制Kp:1.0,Kd:0.5):測試曲線4(PD控制Kp:1.5zKd:0.1):幾2忙■巧*11OtSUt*41 M??)???414J4*4^??stSIMMS**!?>???>??/*7?■抑-|MKzm”22"l?l>li!!l?…&“”X器MlsussMw2”2|?>?**">?曲線3PD控制水溫曲線曲線4PD控制水溫曲線測試曲線5(PID控制Kp:1.5,Ki:0.1,Kd:0.5)：曲線3曲線3PID控制水溫曲線數(shù)據(jù)分析：調(diào)節(jié)PID參數(shù)以適應(yīng)特定的環(huán)境，對于本系統(tǒng)控制周期較短，水也不多，慣性量并不太大，所以還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。PD控制可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，但響應(yīng)較慢；PID控制容易超調(diào)，對于水溫散熱慢的特點(diǎn)，要達(dá)到穩(wěn)定對參數(shù)要求較高。四、改進(jìn)參數(shù)改進(jìn)根據(jù)不同的壞境調(diào)節(jié)參數(shù)以達(dá)到穩(wěn)定，調(diào)節(jié)Kp,Ki,Kd,觀察溫度上升曲線，使之達(dá)到最佳。模型改進(jìn)改變電熱棒加熱功率；改變水的容量；改變控制周期。使它都能達(dá)到穩(wěn)定。算法改進(jìn)增加模糊控制，增強(qiáng)魯棒性。確定Kp、Ki、Kd,然后增加模糊集AKp、AKi.△Kd°系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。將溫度的變化E及溫度的變化率ED以及3個(gè)輸出AKp^AKLAKd的變化范圍定義都定義為模糊集上的論域：{-3,-2,-1,0,1,2,3},其模糊子集為E,AE,AKp.AKi,AKd=(NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB),子集中元素分別代表負(fù)人，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大。根據(jù)模糊控制理論的原則，并且考慮到對論域的覆蓋程度和靈敏度，穩(wěn)定性和魯棒性原則，本系統(tǒng)中的各模糊子集以三角形為隸屬度函數(shù)曲線，因此相應(yīng)的隸屬函數(shù)曲線如圖5所示。圖5￡,A￡>AK{> 的隸屈度函數(shù)曲線根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立Kp模糊規(guī)則表:表1模糊控制規(guī)則表NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSPBPBNMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSzoPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSPSNSNMNMNMNBPHNBNBNMNMNMNBNB建立規(guī)則表，通過反模糊化處理(重心法.平均值法等)實(shí)現(xiàn)精確輸出。五、總