[发明专利]基于模糊自适应PID控制的高精度恒温控制器及方法

摘要

本发明公开了一种基于模糊自适应PID控制的高精度恒温器及控制方法，属于自动化控制技术领域。其中，控制方法包括建立模型步骤；模糊PID自适应控制步骤；卡尔曼滤波步骤；控制对象步骤。恒温器包括主控芯片、温度数据采集模块、加热与冷却模块、输入与显示模块。本发明将模糊自适应PID控制的理论温度值与热电偶所测量的温度值经过卡尔曼滤波算法进行数据融合，并驱动加热与冷却模块实现温度的精准控制，本恒温控制器控制效果非常精确，误差率仅为0.02%。

主权项

基于模糊自适应PID控制的高精度恒温控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A，对加热与冷却模块的一端施加阶跃控制信号，并测取其阶跃响应，再由其响应曲线结合Cohn‑Coon公式得到加热与冷却模块的传递函数模型；步骤B，采用温度误差和温度误差的变化率作为模糊输入变量，采用模糊PID自适应控制方法得到控制加热与冷却模块的供电电压，并自动调整PID调节器的三个参数，进行实时优化，通过所述供电电压与步骤A得到的加热与冷却模块的模型得到模糊自适应PID控制的理论温度值；所述步骤B具体包括如下步骤：步骤B‑1，确定模糊控制器的输入变量温度误差e(t)＝rin(t)‑yout(t)，其中rin为温度输入值，yout为经步骤C得到的温度输出值，温度误差的变化率ec通过温度误差积分得到，输出变量为控制加热冷却模块的供电电压U，输出的供电电压由下式表示：u(k)=kp*e(k)+kiΣj=0ke(j)+kd[e(k)-e(k-1)]=kp*e(k)+kiΣj=0ke(j)+kdec(k)]]>步骤B‑2，根据模糊控制规则进行推理；步骤B‑3，根据不同的误差e及误差变化率ec对恒温控制器模型的PID三个参数kP，ki及kd进行实时优化，三个参数优化公式如下：kp＝f1(|e|,|ec|),ki＝f2(|e|,|ec|),kd＝f3(|e|,|ec|)步骤C，采用卡尔曼滤波算法对模糊自适应PID控制的理论温度值与热电偶所测得温度值进行数据融合，获取准确温度值；步骤D，根据预先设定的温度值和步骤C中获得的融合后温度值控制恒温控制器工作。