番禺升降车出租   升降车试验室温度控制系统仿真研究，  番禺升降车出租, 番禺升降车公司, 番禺升降车     温度制系统传统ＰＩＤ单回路控制仿真，即比例分微分控制，是目前工程应用中使用最多的控制算法。ＰＩＤ控制器利用系统误差，通过比例、积分、微分计算输出量以控制对象。ＰＩＤ控制器的数学模型，为控制器输出，側是设定值与输出值的差值，为ＰＩＤ比例系数，为ＰＩＤ积分时间，Ｐ阻微分时间。ＰＩＤ各环节的作用为；（１）比例环节Ｋｐ：加快系统响应速度，减小稳态误差。Ｋｐ过大会使系统超调，震荡次数增加，动态性能变坏.  

     （２）积分环节：消除稳态误差及提商控制精度。增大可使消除静态误差的速度加快。若过大，会使系统稳定性变差，超调量增加；过小，难以消除静态误差，影响控制精度。

    （３）微分环节, 减小超调量，缩短调节时间，提高系统稳定性。过大可能会引起频率较高的震荡或使被控量逼近稳态值时的速度减慢。ＰＩＤ控制器原理框图。采用传统ＰＩＤ控制器的单回路控制系统仿真框图。大室中高温模式３０’Ｃ试验工况下单回路ＰＩＤ控制（不带阀口前后压差扰动、表冷器载冷剂出口扰动以及载冷剂系统提供的载冷剂温度扰动，照明散热扰动一直存在）仿真曲线。系统的超调量为１３．５％，系统在３７００ｓ左右到达稳态，稳态误差为０．２Ｖ。系统达到设定温度并稳定后，在５０００ｓ加入二次扰动，二次扰动均阶跃输入的形式给出，幅值分别为５ｋｇ／ｓ，２’Ｃ和１．５’Ｃ，且均为正向作用（使室内温度升高），扰动幅值相对较大。二次扰动对系统的影响。 在５００s加入扰动后，在延时了８９ｓ后，对系统被控温度产生了影响。其中，即阀口前后压差引起的流量扰动使大室内温度产生了１．２‘Ｃ的偏离，并且在约９４０化的时候重新达到稳态；公。即表冷器载冷剂出口温度扰动使大室内温度产生了１．０８Ｋ的偏离，并且在约９３５化时重新达到稳态；Ａ载冷剂系统提供的载冷剂温度扰动使大室内温度产生了０．３５Ｋ的偏离，并且在约７５０化时重新达到穏态。将上述三个二次扰动同时于５００s时作用于被控系统，仿真曲线。在扰动的作用下，室内温度产生了２．２５‘Ｃ的偏差，并且在９８００ｓ时重新达到稳态，调节时间较长。

      温度控制系统串级ＰＩＤ控制。单回路控制系统是过程控制系统中结构最简单、最基本，同时又是应用最为广泛的一种控制形式，该种控制方式能够解决工业生产过程中大量的定制拉制问题，但难适应过程控制中王艺参数间关系比较复杂的控制，特别是难满足现代大规模工业生产高精度、安全、环保和高效益等更高要求。本文控制系统的单回路控制结构。与单回路控制系统所不相同的是，串级控制系统具有两个传感器和两个控制器，本文所探讨的控制系统串级控制结构。 可以看出，串级控制系统具有两条闭合回路，即外部的主回路和内部的副回路。处于副回路中的控制器为副控制器，主回路中的控制器为主控制器，主控制器的输出作为副控制器的输入，副控制器的输出直接作用于执行机构。混流温度为副被控变量，大环境室室内温度。为主被控变量。与单回路控制系统所有扰动处于同一个回路中不同，串级控制系统中的扰动可以存在于主、副回路中，Ａ－Ａ作为二次扰动处于副回路中，Ａ作为一次扰动处于主回路中。在单回路系统中，由于旁通调节阀以及混流过程到表冷器出风温度的时间之后较长，扰动对混流温度造成影响后，混流后的载冷剂需要经过表冷器比较缓慢的热传递过程，再经由出风口送风传热至室内，才能反映到被控量。使其与设定值产生偏差，此时才能发现扰动的存在，不能对扰动Ａ－Ａ及时发现并进行有效地调节。当系统根据扰动产生的影响调节旁通比例阀时，这一调节过程同样需经过混流、表冷器换热、送风温度变化，最后反映至室内温度变化，这同样是一个滞后时间较长的通道，当调节作用到达送风温度时，已偏离设定值较大，造成送风温度波动较大，系统稳定性下降。而在串级控制系统中，二次扰动所引起的载冷剂回流流量及海流温度的波动，首先反映到混流温度了ｍｂ，此部分滞后时间较小。此时通过副回路可以及时发现扰动存在并产生有效调节，可以很好地抑制二次扰动。一次扰动即照明散热折合至送风温度的扰动由主回路进行调节。室内温度控制在整个控制过程中起主导作用；混流温度控制起辅助控制的作用，它在及时克服扰动Ａ－Ａ的同时，还需受到主控制器的操纵。

     串级控制系统仿真   主、副控制器均采用ＰＩＤ控制器的串级控制系统仿真框图。大室中高温模式３０‘Ｃ试验工况（不带二次扰动，照明散热扰动一直存在）下串级控制仿真曲线。此处主、副控制器均采用ＰＩＤ控制器。温度控制的超调量为９．５３％，在约２６５s的时后达到稳态，稳态误差小于sｏｒｅ。在系统达到设定温度并稳定后，在５００s 加入二次扰动￡），扰动的大小与上一节中的扰动一致。二次扰动单独作用对串级系统的影响。可看出，在５００s时刻加入扰动后，在延时８９ｓ后，扰动作用开始产生影响。其中，阀口前后压差扰动引起的流量扰动对室内温度产生－０．０２３－０．０５Ｃ的偏差，并且在约７４０s重新达到稳态；表冷器载冷剂出口温度扰动对室内温度产生０２４－＋０．０４２Ｃ的偏差，并且在约７２０化时重新达到稳态；载冷剂系统提供的载冷剂＾温度扰动对室内温度产生－０．００４±化００８（：的偏差，并且在６６５化的时候重新达到稳态。将三个二次扰动同时于５００化时作用于被控系统，其影响的仿真曲线。可以看出，在串级ＰＩＤ控制系统中，三个二次扰动同时作用于被控系统时，将会使室内温度产生－〇．〇４‘Ｃ￣＋sｒＣ的偏差，并且在７３０s时重新达到稳态。

       Ｄ３扰动偏差  Ｄ３扰动调全部扰动全部扰动调控制方式，串级控制相比较于单回路控制，可有效地减小超调量，缩短调节时间；对于各类二次回路扰动对系统的影响，串级控制总是可以取得比单回路控制系统更好的效果，主要表现在极大地抑制了扰动所带来的温度波动的幅值，及大幅缩减重新达到稳态的调节时间。因此，下将仅采用串级控制对控制算法进行讨论，不再涉及单回路控制。

     温度控制系统模糊,  ＰＩＤ串级控制仿真在本节中，在串级控制的基础上，对主控制器采用模糊ＰＩＤ控制算法，副控制器依然采用传统ＰＩＤ控制算法。将对模糊ＰＩＤ控制器进行设计，并将其作为主控制器进行仿真研究。

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      由对控制系统的建模分析可知，本系统是一个大时滞、非线性、干扰众多并且参数随工况变化而变化的系统。为比较单回路控制与串级控制的控制效果，首先在具有代表性的中高温模式下进行了３（ＴＣ工况点的单回路与串级控制仿真，两种控制方式所采用的控制器均为传统ＰＩＤ控制器。虽然两种控制方式在没有二次干扰的情况下均能够使大环境室温度稳定在所要求的控制精度±２Ｃ以内，但是在扰动的作用下，单回路控制系统产生了幅度较大的波动，并且超出了控制精度范围；而采用串级控制时面对相同的扰动，波动幅度远小于前者，并且重新达到稳态所用的时间大大缩短，因此串级控制能够取得比单回路控制更好的控制效果。在传统ＰＩＤ串级控制的基础上，加入了模糊控制，即主回路控制器采用模糊Ｐ瓜控制器，由模糊ＰＩＤ串级控制仿真曲线可以看出，相比于传统ＰＩＤ串级控制，超调量有了很大的改善，调节时间同样＃所缩短，并且降低了扰动引起的温度波动幅值、缩短了调节时间。在单个或者多个扰动同时作用，并且扰动量已经很大的情况下，仍然能够使温度完全处于控制精度要求之内，并且稳态误差非常小。在典型试验流程温度控制中，由连续对较多温度工况的仿真结果可看出，模糊ＰＩＤ串级控制可以对参数变化引起的对象模型变化产生很好的控制效果。经过上述分析，模糊ＰＩＤ串级控制能够有效提高本温度控制系统的控制精度与动态响应性能，降低系统的大时滞、非线性及各类扰动所带来的影响，能很好地应对系统数学模型参数变化带来的影响，因此选用模糊ＰＩＤ串级控制算法对室内温度进行控制。模糊ＰＩＤ串级控制算法在ＰＬＣ中的设计和实现模糊ＰＩＤ串级控制算法在程序设计时包括两部分，其一为模糊ＰＩＤ控制器的设计实现，其二为串级控制的实现。下将分别对模糊ＰＩＤ控制器和串级控制进行ＰＬＣ程序实现。

     模糊ＰＩＤ控制算法   ＰＬＣ程序设计模糊ＮＤ串级拉制算法在本控制系统中可通过两种方法实现，即上位机实现法和下位机（ＰＬＣ）实现法。上位机实现法主要通过ＭＡＴＬＡＢ与ＯＰＣ技术联合实现模糊ＰＩＤ控制器的功能，该功能通过以太网传输数据，稳定性和可靠性均较差，在工业级控制中使用较少。下位机（ＰＬＣ）实现法采用离线查表的方式，响应速度快，且稳定可靠，因而本系统采用Ｓｔ７实现模糊ＰＩＤ控制算法。模糊ＰＩＤ控制主要通过ＰＬＣ中程序块的调用和数据表的查询来实现。控制算法在Ｓ７－３００系列化Ｃ中置于中断组织块ＯＢ３５中执行，循环中断时间设为２０００ｍｓ。模糊控制算法在ＦＢＩ功能块中实现，并由ＯＢ３５进行调用。

     模糊ＰＩＤ控制算法  ＰＬＣ程序实现根据，模糊ＰＩＤ控制在ＰＬＣ中的具体实现步骤如下所述：

    （１）温度数据采集：温度采集通过温度传感器将循环风送风温度采集并传送至ＰＬＣ的模拟量输入模块。由于现场各种扰动，导致采集到的温度值可能并不准确，本文通过软件实现对送风温度采集值的滤波获取较为精确的送风温度值以下将通过ＳＴＬ语言的形式，将采集到的温度数据存入数据块ＤＢ１１０中，并据此计算温度的误差及其变化率。室内温度有大室集中控制ＰＬＣ进行采集，在大室集成控制ＰＬＣ的ＯＢ３５中编写室内温度的采集程序，本文设定的ＯＢ３５的循环时间为２０００ｍｓ，通过设定采样标志位的方法来定义温度采样间隔为１０ｓ，采用梯形图语言实现。其中，ＡＧ＿ＳＥＮＤ（ＦＣ５）将采集得到的室内温度数据发送至循环风单元化Ｃ，与上述程序相似，通过设定接收数据标志位的方式，设定１化接收一次数据，并对数据进行处理。通过ＡＧ＿ＲＥＣＶ（ＦＣ６）接收集中控制ＰＬＣ发送的数据。室内温度求取模块ｆＣｌＯ）将采集到的数据存入到ＤＢ１１０中，ＤＢ１１０中存放５个数据，当有新数据进入时，先将最先进入的数据从数据块中移除，形成一个容量为５的队列，然后将队列中的值求平均，作为当前时刻温度的采集值。室内温度求取模块中程序。其中，＂求平均值＂是将五个采集值求平均值并赋给室内温度变量，由于该程序十分簡单，不再赞述。

      （２）计算误差ｅ及其变化率ｅｃ；误差及其变化率的计算程序。

    （３）误差及其变化率的模糊化；先将误差ｅ和误差的变化率ｅｃ分别乘所对应的量化因子，使其映射到［－３，３］范围之内。然后将其模糊化至论域｛－３，－２，－１，０，１，２，３｝上。限于篇幅，误差模糊化程序部分，误差变化率模糊化程序与之类似。

   （４）模糊查询查询模糊控制表是模糊控制程序设计部分的核心。为便于编写ＰＬＣ程序，并且达到程序中查表时采用＂基址＋变址＂的寻址方式，将模糊化后的误差Ｅ和误差变化率￡（：均加上一个常量３，即￡＝￡＋３，去＾＝￡Ｃ＋３，使其处于论域｛０，ｌ，２，３，４，５，６｝上。将模糊查询表４．３中三种控量增益Ｍｐ、Ｍ，＇和Ｍｄ的数据按照先从上到下，然后从左到右的顺序依次存入数据块ＤＢ１０６ＤＢ１０８中。这样，就可方便地计算出输出控制量所处位置，并将其取出。ＡＡｐ的模糊查询表在ＰＬＣ中的实现，表中有４９条数据，限于篇幅，截取了部分数据。和的模糊查询表与之类似。上述为ＰＩＤ比例增量Ｍｐ的部分模糊查询程序，积分增量Ｍ，和微分增量ＡＡ：ｄ的模糊查询程序与之类似。

   （５）清晰化：清晰化是将模糊查询得到的Ｈ个増量数值分别与对应的比例因子相乘，得到实际的增量值。清晰化程序在ＦＣ１５中完成。上述程序为ＡＡｐ的清晰化过程，Ｍ与Ｍｄ的清晰化过程与其相同。 调整ＰＩＤ三个参数：此部分将上一步骤得到的结果叠加到主控制器ＰＩＤ三个参数之上，形成新的ＰＩＤ控制参数，并输入到ＰＩＤ控制功能块ＦＢ４１中。此部分程序为简单的加法计算。

     串级控制算法ＰＬＣ程序实现经过前面的介绍，可知道，所谓串级控制，就是将外回路控制器的输出量与内回路反馈量之间的偏差作为内回路控制器的输入的控制方式。己经设计和实现了主回路控制器即模糊ＰＩＤ控制器，现将模糊Ｐ阻控制器的输出与内回路反馈量混流温度的偏差作为内回路控制器即ＰＩＤ控制器的输入即可。混流温度的采集与中室内温度的采集方式相同，采用平均值滤波。内回路ＰＩＤ控制器的输出作为控制量输出至旁通比例阀。由于本系统中内回路ＰＩＤ控制器输出为４－２０的实数，而阀口控制信号对应的０２７６４８的整型量，因此需要进行，线性标定，在Ｓｔｅｐ７中有相应的模块ＦＣ１０６（ＵＮＳＣＡＬ，无需自行编写程序。此部分程序较为简单，不再寶述。

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