[发明专利]一种基于模糊控制和PID控制的焓差实验室温度切换控制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模糊控制和PID控制相结合的焓差实验室温度切换控制。

背景技术

焓差实验室是一种能够测量空调的制冷量和制热量的实验装置，主要分为室外侧和室内侧两部分环境，而室外侧温度的控制是整个焓差实验室的核心部分。室外侧温度控制的稳定性和准确性直接影响了被测空调制冷量和制热量的准确性。因此，焓差实验室的温度控制极为重要。

但是，焓差实验室室外侧的温度控制具有很大的非线性、滞后性和时变性，而且具有极强的干扰量。简单的PID控制单一参数很难满足系统的要求，当加快调节速度时，稳定性和稳态误差就会变差；当加强稳定和减小稳态误差时，调节速度就会变慢。采用模糊控制虽然能够加快调节时间，但是稳定性和稳态误差并不好。

此系统的被控对象是加热器，当加热器动作之后一段时间，温度才会用相应的变化，具有较大的滞后性，要想选择一个合适的控制方式，使系统达到期望输出，是很难的。对于一般滞后系统，可以采用建模方法去预测输出，但是由于此系统具有较大不确定干扰量，建模会有误差，使其最终结果有较大误差。

设计内容

为了解决以上问题，本发明提出一种基于模糊控制和PID控制相结合的焓差实验室温度切换控制方法，本发明运用模糊控制和PID控制，模糊控制可以加快调节时间，合适参数的PID控制可以消除静态误差，增强系统的稳定性。两者相互结合能够很好的达到系统的要求。

一种基于模糊控制和PID控制相结合的焓差实验室温度切换控制方法，包括以下步骤：

(1)选取多个温度传感器放置室外侧，测得室外侧平均温度记为x₂，加热器功率记为y，并能够根据期望温度x₁和测量温度x₂之间的温度误差e，根据所设定的控制方法控制加热器功率的增量Δu，使测量温度x₂达到期望指标；

(2)设计其模糊控制器，确定输入输出的论域，输入的隶属度函数，确定模糊规则表，然后解模糊，得出相应的输出加热器功率的增量Δu；

(3)设计PID控制器；

(4)选择合适的切换策略，进行模糊控制和PID控制之间的切换；

所述步骤(1)中，具体步骤为：输入期望温度x₁为25℃，对室外侧多个位置的温度传感器检测的温度进行平均，算得测量温度x₂，通过两者之差得到温度误差e，根据误差e去确定每一时刻的加热器功率y。通过改变加热器功率y，来改变焓差实验室室外侧温度，使室外侧温度达到所要求的指标。其中，

e＝x₁-x₂(1)

所述步骤(2)中，具体步骤为：

设计其模糊控制器，具体步骤为：压差Δf和温度误差e作为模糊控制器的增量Δu作为模糊控制器的输出。然后对三个变量进行量化，根据焓差实验室实际数值确定Δf和温度误差e的量化因子为K_f和K_e，和输出的比例因子K_u，确定压差Δf和误差e的论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3}，增量Δu的论域为{-4,-3,-2,-1,0,1,2,3-4}，压差Δf和误差e的模糊子集{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，增量Δu的模糊子集{NB,NM,NS,NZ,ZO,PZ,PS,PM,PB}。

其中，f为被测机组的外机风机压差；为多种被测机组外机风机压差平均值；

其中，n₁为Δf论域的最大值，此系统中为3。；

其中，n₂为e论域的最大值，此系统中为3；在此焓差实验室系统中温度误差一般都是±10℃，因此取量化因子K_e为3/10。

根据实际系统和反复的实验得出以下模糊规则表：

根据模糊控制规则表和隶属度函数，能够确定

Δu₁(k)＝g(k)·Δu(k)(5)

其中，k为当前时刻，g(k)为当前输出隶属度，g(k)是根据两个输入的隶属度函数和模糊控制规则表得出：

U(k)＝U(k-1)+K_u·Δu₁(k)(6)

其中，U(k)为解模糊输出；

根据U(k)，然后进行数模转换，把模拟信号输给加热器，加热器就会输出一个相应的功率y；