水温控制算法报告

水温控制算法报告一、时间通断法暖气阀门控制采用时间通断法，即改变PWM波的占空比对温度控制，如图2所示。0N0.500.330.670.0N0.500.330.670.504 匚■ wTT■・T・ ・TOFF图1PWM控制温度由于室温和水温控制，温度变化的时滞性、非线性、时变性和难以建立数学模型的特性决定了用传统的单一控制手段很难实现温度的精确控制，本系统采用基于PWM波的PID温度控制算法，利用PID控制开通时间占空比。系统采用数字控制系统DDC(DirectDigitalControl),微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理屋进行检测，并根据确定的控制规律(算法)进行计算，通过输出通道直接去控制执行机构，使各被控量达到预定的要求。系统框图如图2所示。图2图2直接数字控制系统二、建模分析系统模型：本系统采用的控制方式PD控制 u(n)=Up(n)+uD(n)+u0

根据分析系统采用增量型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)]选择采样周期的原则一一采样定理最大采样周期乙瘁=+X11AX由于水温散热比较慢，故系统采用PD控制，对于特定的坏境可增加积分（I）控制，并调节相应的参数。对于具体的控制对象，在本系统中采用Bang-Bang+PID控制，即u(t)=PID控制e(t)<|a|

■开关控制e(t)>u(t)=Min温度控制范围PID控制范用设定汨度-a平均分必0TMin温度控制范围PID控制范用设定汨度-a平均分必0T等分Max曲线1开通水温上升曲线测试曲线2（曲线1开通水温上升曲线测试曲线2（散热时间:190.5min）：曲线2关断水温下降曲线式中，Q为PID控制阀值，T为控制周期。三、数据分析相关数据：系统控制周期：30s；温度采样周期：6s：水的质量:8.9kg；加热棒功率：1500w：测试曲线2（加热时间:48.8min）：测试曲线3(PD控制Kp:1.0,Kd:0.5):测试曲线4(PD控制Kp:1.5zKd:0.1):测试曲线3(PD控制Kp:1.0,Kd:0.5):测试曲线4(PD控制Kp:1.5zKd:0.1):几2忙■巧*11OtSUt*41 M»»)?»•414J4*4^«»stSIMMS**!«>«»•>«•/*7•■抑-|MKzm”22"l«l>li!!l»…&“”X器MlsussMw2”2|«>«**">»曲线3PD控制水温曲线曲线4PD控制水温曲线测试曲线5(PID控制Kp:1.5,Ki:0.1,Kd:0.5)：曲线3曲线3PID控制水温曲线数据分析：调节PID参数以适应特定的环境，对于本系统控制周期较短，水也不多，惯性量并不太大，所以还需进一步的实验。PD控制可实现稳定，但响应较慢；PID控制容易超调，对于水温散热慢的特点，要达到稳定对参数要求较高。四、改进参数改进根据不同的坏境调节参数以达到稳定，调节Kp,Ki,Kd,观察温度上升曲线，使之达到最佳。模型改进改变电热棒加热功率；改变水的容量；改变控制周期。使它都能达到稳定。算法改进增加模糊控制，增强鲁棒性。确定Kp、Ki、Kd,然后增加模糊集AKp、AKi.△Kd°系统结构图如图3所示。将温度的变化E及温度的变化率ED以及3个输出AKp^AKLAKd的变化范围定义都定义为模糊集上的论域：{-3,-2,-1,0,1,2,3},其模糊子集为E,AE,AKp.AKi,AKd=(NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB),子集中元素分别代表负人，负中，负小，零，正小，正中，正大。根据模糊控制理论的原则，并且考虑到对论域的覆盖程度和灵敏度，稳定性和鲁棒性原则，本系统中的各模糊子集以三角形为隶属度函数曲线，因此相应的隶属函数曲线如图5所示。图5£,A£>AK{> 的隶屈度函数曲线根据经验建立Kp模糊规则表:表1模糊控制规则表NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSPBPBNMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSzoPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSPSNSNMNMNMNBPHNBNBNMNMNMNBNB建立规则表，通过反模糊化处理(重心法.平均值法等)实现精确输出。五、总