[精品论文]恒温控制论文液压控制系统_论文

毕业设计课程定做 QQ1714879127恒温控制论文液压控制系统 论文专家PID控制在微型精密恒温槽中的应用研究摘要: 微型精密恒温槽属于滞后、时变并且非线性的系统,由于其易受环境温度、空气流速、光照、辐射热、振动等因素的影响,采用常规PID控制技术无法实现精确的控制。专家PID控制在常规PID基础上融合人类控制专家的知识与经验,以智能方式设计控制规则,可实现高品质的控制性能。经过在微型精密恒温槽中的实际应用,表明这种控制方式完全适用于微型精密恒温槽的温度控制,达到了良好的控制效果。 Abstract: The miniature precise thermostat belongs to the lag, time-variable, and mis alignment system, because its factor such as ambient temperature, air speed of flow, illumination, radiating heat, vibration influences, using the conventional PID control technology can not be unable easily to realize the precise control. The expert PID control fuses the humanity control experts knowledge and experience in the conventional PID foundation, by the intelligent way designs control rule, which may realize the high quality control performance. Through the practical application in the miniature precise thermostat, it indicated that this control mode is suitable completely for the miniature precise thermostat temperature control, achieving the good control effect. 关键词:专家;PID;恒温槽;鲁棒性;自适应 Key words: Expert;PID;thermostat;robustness;auto-adapted 0引言 微型精密恒温槽是一种体积较小、便于携带的精密温度恒温源,根据使用温度的不同,其工作介质一般为工业乙醇、水或甲基硅油等,提供的温度范围一般在(-30+300)之间,主要应用于工业生产现场对温度测量控制系统的性能校准、检测之中,也可作为理化分析的恒温装置。由于温度测量控制系统性能校准和检测中,对精密温度恒温源的要求较高,因此要求恒温槽能够达到较高的温场分布性能技术指标。然而,为了适应工业生产现场操作的需要,便携式微型精密恒温槽往往要求体积越小越好,其工作区域容积极小,工作介质热容量小,保温层厚度薄,因此在工业生产现场的恶劣环境条件下使用时,易受环境温度、空气流速、光照、辐射热、振动等因素的影响。 目前,在微型精密恒温槽中使用较为广泛的温度控制方式是常规PID控制技术。常规PID控制技术是最早发展起来的工业过程控制方法,具有原理简单、适应性强、鲁棒性强等特点,是目前应用最为广泛的控制策略之一。但是,对于大滞后、时变的、非线性的复杂系统,其中有的参数未知或变化缓慢,有的带有延迟或随机干扰,有的数学模型粗糙等,采用常规PID控制较难获得高品质的控制效果,因此往往需要对常规PID控制算法进行改进。微型精密恒温槽的主要控制参数是温度,属于缓变参数,其随时间而发生变化,又是时变量。同时,其温度控制用的传感器是精密铂电阻温度计,具有非线性特征。因此,采用常规PID控制技术很难实现微型精密恒温槽具有高品质的温度性能。本文将专家PID控制技术应用到微型精密恒温槽的温度控制之中,解决了常规PID控制微型精密恒温槽出现的超调大、波动大、不易稳定等缺陷,实现了较好的控温品质。 1专家PID控制 专家PID控制是对常规PID控制算法的一种改进,它是专家系统和常规PID控制的结合。所谓专家系统是指一个具有大量专门知识与经验的智能程序系统,它应用人工智能技术,根据人类专家提供的特殊领域知识和经验进行推理和判断,模拟人类专家做决策来解决那些需要专家决定的复杂问题。专家控制系统是应用专家系统的概念和技术,模拟人类控制专家的知识与经验而建造的控制系统,其实质就是基于被控对象和控制规律的各种知识,以智能的方式来设计控制规则。利用专家经验来设计PID参数便构成专家PID控制。 微型精密恒温槽的专家PID控制框图见图1所示。 在常规增量型PID控制算法的基础上,根据常规PID控制的误差值及其变化特征,设计了六种专家PID控制规则,以实现专家PID控制。 常规增量型PID控制器的离散型式为: u(k)=u(k-1)+kpe(k)-e(k-1)+kie(k)+ kde(k)-2e(k-1)+e(k-2) 式中:kp、ki、kd分别为控制器的比例、积分、微分系数; u(k)、u(k-1)分别为控制器当前、前一个采样时刻的输出值; e(k)、e(k-1)、e(k-2)分别为控制器离散化的当前、前一个和前二个采样时刻的误差值。 这样就有: e(k)=e(k)-e(k-1) e(k-1)=e(k-1)-e(k-2) 根据常规PID控制的误差值e(k)及其变化特征,在设计六种专家PID控制规则前首先需要确定以下参数: (1)误差的上极限值ML和下极限值MS; (2)增益放大系数k1,且应k11; (3)抑制系数k2,且应0K2 (4),任意小的正数。 六种专家PID控制规则为: (1)当e(k)ML时,说明误差的绝对值比较大。此时,不论误差变化趋势如何,都应考虑较强的控制作用,即控制器的输出应按最大或最小方向输出,以使误差尽快减小而达到迅速调整误差的目的。 控制器输出为: u(k)=u(k-1)+kikpe(k) (2)当e(k)e(k)0时,说明误差在朝误差绝对值增大方向变化。此时,如果e(k)MS,说明误差也较大,可考虑由控制器实施较强的控制作用,以达到扭转误差绝对值朝减小方向变化,并迅速减小误差的绝对值,控制器输出为: u(k)=u(k-1)+k1kpe(k)-e(k-1)+kie(k)+ kde(k)-2e(k-1)+e(k-2) 此时,如果e(k)(3)当e(k)e(k)0时,说明误差的绝对值朝减小的方向变化,此时,比例作用应该同步减小;由于系统输出的变化率增大,所以微分作用应该加强,利用微分作用的超前特性而使控制器提前动作,以抑制系统的超调;而为了尽快消除偏差,应选用相对较大的积分作用。 (4)当e(k)=0时,说明系统已经达到平衡状态,此时,可考虑采取保持控制器输出u(k)不变。 (5)当e(k)e(k)0,e(k)e(k-1)0,时,说明误差处于极值状态,此时如果引入积分作用是不合适的,对于没有纯滞后或时滞很小的快速过程来说,这一点影响不大,但对于温度控制系统这类时滞慢过程来说却是十分重要的影响。如果此时误差绝对值较大 e(k)MS,可以考虑较强的比例微分(PD)控制作用,输出为: u(k)=u(k-1)+k1kpe(k)-e(k-1)+kde(k)-2e(k-1)+e(k-2) 但是若此时误差绝对值较小e(k) u(k)=u(k-1)+k2kpe(k)-e(k-1)+kde(k)-2e(k-1)+e(k-2) (6)当e(k)时,说明误差的绝对值很小,此时为减少稳态误差,控制器采用比例积分(PI)作用,输出为: u(k)=u(k-1)+kpe(k)-e(k-1)+kie(k) 2实验结果 采用上述专家PID控制规则,微型精密恒温槽的各控制参数分别选择为:k1=1.5;k2=0.6;ML=0.4;MS=0.1;=0.001,并从硬件和软件上采用多重数字滤波技术等抗干扰措施,使用20位A/D转换器,显示值和设定值分辨力均为0.01,实现了对恒温槽温度的精确测量和控制。经实际运行和测量,在恒温槽设定温度为300时,稳定前的最大超调量为0.2,稳定后恒温槽工作区域的温度波动度为0.010/10min,水平方向最大温差为0.006,不同深度任意二点最大温差为0.016,整个工作区域内最大温差为0.019,其性能指标完全可以与大型恒温槽相媲美,完全能够适用于各类温度控制系统的校准、检测要求。其控温曲线如图2所示。 3结束语 将专家PID控制技术应用于具有迟延、时变、非线性的微型精密恒温槽的温度控制中,克服了常规PID控制的易超调、波动大、稳定性差的缺点。实验结果表明,它能适应对象参数的变化并表现出良好的控制品质,具有较强的鲁棒性和自适应能力。 参考文献: 1陶永华,尹怡欣,葛芦生.新型PID控制及其应用M.北京:机械工业出版社,1998. 2张化光,何希勤.模糊自适应控制理论及其应用M.北京:北京航空航天大学出版社,2002:297-305. 3庄利锋,杨慧中.模糊自适应PID控制器的设计及应用J.自动化与仪表.2004,(