恒温室房间温度pid控制研究

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1、恒温室房间温度PID控制研究摘要：某恒温实验室的恒温精度为27±0.2℃，但是由于实验室的特殊性，恒温室的内外扰量多且某些随机扰量的大小难于确定，而导致了其恒温精度很难达到预期效果。为了解决这个问题，通过建立恒温室被控对象的数学模型求出其传递函数，然后采用参数寻优方法确定PID控制器的参数，最后采用MATLAB仿真的方法，研究恒温室内外扰量对房间温度的影响。通过研究，可以得出，当设备散热干扰量为14.7℃以及送风温度干扰量为0.1℃，渗透风干扰量不大于0.3℃时，PID控制才能保证恒温室的恒温精度。关键词：恒温室，PID控制渗透风干扰量参数寻优温度1前言随着科学技术的发展

2、，各类精密产品的生产制造以及特种科学实验都要求具有特定的工作环境，恒温就成为了不可缺少的条件之一。目前我国常见的恒温室的恒温精度为±1℃及±0.5℃，也有±0.1℃。而一些高精度的恒温室如光学仪器厂的刻线室恒温精度已达到了±0.0056℃。但是在某些特殊的科学实验室不仅恒温精度很高，而且干扰量多如渗透风、设备散热、送风温度波动以及电热器供电电压的波动等，且某些干扰量如渗透风其最大值难于确定而没有采用相应的措施控制渗透风扰量，导致了房间温度的波动过大，结果使恒温室的恒温精度很难达到要求。如何使这些特殊的科学实验室恒温精度达到使用要求，也成为了恒温室的空调系统和控制系统设计的

3、一个巨大的难题。由于传统的PID控制算法，其运算简单、调整方便、鲁棒性强,在过程控制中,这种控制算法仍占据相当重要的地位.故目前恒温室的空调系统大部分采用PID控制。但PID控制的效果如何,在很大程度上是取决于控制器参数的正确整定。为此,人们提出了各种不同的参数整定方法,如误差积分最小、固定衰减比、极点配置等方法.这些方法主要是用经典控制理论中的一些设计方法或者依靠现场试验方法来进行PID控制器参数的计算与整定.显然,这就要求操作人员具有较高的理论基础和现场调试经验.而且,被控对象模型参数难以确定以及系统性能稳定性较差,则需频繁地进行参数整定,这必将影响系统的正常运行。对

4、于这些特殊的空调房间温度的控制，由于被控对象具有较大的惯性和迟延，且受各种因素变化的影响，因此对象的传递函数具有非线性和时变特性，采用传统的PID控制难于取得较好的控制效果。本文采用单纯形法寻优PID参数，然后采用MATLAB仿真确定渗透风干扰量的最大值，PID控制才能保证恒温室的恒温精度。2工程概况恒温室建筑面积625m2,层高2.8m,总送风量27500m3/h,送风温度13.5℃，房间设计温度27±0.2℃，设备散热量135Kf——设备散热量的干扰量（℃），θMf=QM/GSC（11）。由式（4）拉普拉斯变换，得（12）如果考虑被控对象传递滞后，则恒温室空调过程的传

5、递函数为：（13）3.2感温元件和执行调节机构的传递函数感温元件采用热电阻，根据热平衡原理，其热量平衡方程式：(14)式中：C2——热电阻的热容（KJ/℃）；θ2——热电阻温度（℃）；q2——单位时间内空气传给热电阻的热量（KJ/h）；α2——室内空气与热电阻表面之间的换热系数（KJ/m2·h·℃）；F2——热电阻的表面积（m2）；θ1——室内空气温度，回风温度（℃）。由式（14）拉普拉斯变换，可得感温元件的传递函数：(15)同样执行调节机构的传递函数：(16)3.3恒温室特性参数及其他参数的确定恒温室特性即房间的特性，用传递滞后τ、时间常数T1和放大系数K1这三个参数来

6、表示。（1）时间常数T1和放大系数K1由式[5](13)，η=4[5],GI=GS×3%，通过式（5），式（6）计算可以得到，T1=18分，K1=0.971。（2）传递滞后τ由经验公式[5]τ/T1=0.075(15)，通过计算则得τ=1.35分（3）由参考