[发明专利]气候风洞自适应预测控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种气候风洞控制系统，对气候风洞的风速、温度和湿度控制采用以下方式：获得气候风洞各个被控量的阶跃响应模型；在风速变化范围内，选定多个标准工况的风速对应的风速阶跃响应模型、温度阶跃响应模型和湿度阶跃响应模型；将选定多个标准工况的风速、温度和湿度作为被控量导入多入多出气候风洞自适应预测控制系统，根据当前风速选择对应的温度阶跃响应模型和湿度阶跃响应模型，气候风洞自适应预测控制系统使用获取的上述不同模型计算输出量，即控制量，将不同模型计算得出的控制量拟合作为最终控制量；最终控制量作为控制量对气候风洞进行控制。本发明还公开了一种气候风洞控制方法，本发明能避免非线性多变量以及可变时滞多变量对气候风洞的影响。

技术领域

本发明涉及一种用于气候风洞的温湿度以及风速的控制技术，特别是涉及一种使气候风洞系统快速达到控制目标的气候风洞的温湿度以及风速自适应预测控制方法。

背景技术

风洞是能人工产生和控制气流,以模拟飞行器或物体周围气体的流动,并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备,它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具.按其功效可分为汽车风洞、飞机风洞等。气候风洞是汽车风洞的一种，气候风洞主要是模拟气候环境,用来测定汽车的一般性能被广泛应用于汽车试验中。

模型预测控制是一种基于模型、滚动优化并结合反馈校正的先进控制算法，具有建模直观、动态响应快且易于处理系统非线性特性和约束等优点。然而实际系统如气候风洞系统有着许多不确定性，大多的实际系统也往往是复杂的多变量非线性系统，经常需要解决多目标，多优化的问题。因此，如何对非线性滚动优化问题进行实时有效地求解，依然是困扰控制领域的一大难题。

气候风洞系统是一个强耦合、大惯性、时滞可变的非线性系统。气候风洞的风速和温湿度相互耦合，在不同的风速下，温湿度的阶跃响应模型也有所不同，因此采用单一的模型不能达到控制目标。并且，由于气候风洞的结构，对于温湿度的控制具有很大且变化的时滞。对于这样的被控系统，简单的采用单回路PID进行控制，由于物理量之间的耦合不能很好处理，系统具有的非线性以及可变时滞无法考虑到控制系统设计中，使得系统设计复杂，且很难达到控制要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题提供一种能避免非线性多变量以及可变时滞多变量对气候风洞影响的气候风洞自适应预测控制系统。

本发明要解决的另一技术问题提供一种能避免气候风洞的非线性多变量以及可变时滞多变量对气候风洞影响的气候风洞自适应预测控制方法。

所述影响包括：系统超调(超调量也叫最大偏差maximum deviation或过冲量。偏差是指被调参数与给定值的差)、系统控制所需时间、系统控制计算量以及系统控制精度。

阶跃响应，在给定初始状态下系统的阶跃响应包括当其控制输入是Heaviside阶跃函数时其输出的时间演变。在电子工程和控制理论中，阶跃响应是在非常短的时间之内，一般系统的输出在输入量从0跳变为1时的体现。应用该函数以及冲激函数可以方便地描述动态电路的激励和响应。脉冲响应是阶跃响应的导数。

串级控制结构/系统是两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。从串级控制的工作过程看来，两个控制器是串联工作的，以外环控制器为主导，保证外环主变量稳定为目的，两个控制器协调一致，互相配合。尤其是对于二次干扰，内环控制器首先进行“粗调”，外环控制器再进一步“细调”。因此控制品质必然优于简单控制系统。就外环回路看是一个定值控制系统，但内环回路可看成是一个随动控制回路。外环控制器按负荷和操作条件的变化不断纠正内环控制器的设定值，使内环控制器的设定值适应负荷和操作条件的变化。如果对象中有较大非线性的部分包含到了内环回路中，则负荷和操作条件变化时，必然使内环回路的工作点移动而影响其稳定性。但在串级结构中，内环回路的变化对整个系统的稳定性影响很小，所以从这个意义上说，串级控制系统能够适应不同负荷和操作条件的变化。