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人工气候室的温度和湿度控制方案
作者: 本站 来源: 本站 时间:2019-03-13

     人工气候室需要控制的参数主要是温度和湿度, 而控制难点也在于其对象的滞后性、无准确数学模型以及存在不确定干扰, 同时温湿度存在耦合现象。目前国内外对温湿度的控制主要通过开关控制或是单纯的采用PID控制或是模糊控制来实现。显然, 开关控制效果非常粗糙, 同时会造成设备的频繁启停, 降低设备使用寿命;PID控制对于非线性时变、滞后较大的温湿度控制系统来说, 鲁棒性不强;而单纯的模糊控制器存在静差, 控制精度不够高, 同时也很难解决温湿度的耦合问题。综上所述, 同时又考虑到相对于温度的变化对湿度的影响, 湿度变化对温度的影响可以忽略, 因此, 现设计出一种PID搭配模糊PID的控制算法, 先对温度进行控制, 当温度达到控制要求后再用模糊算法对湿度进行控制, 并进行现场调试。

 
    1 控制方案
 
    人工气候室是具有恒温、恒湿、恒CO2、恒光照功能, 同时也具备调温、调湿、调CO2、调光照功能的大型实验设备, 是生物、遗传、医学、农林业等生产和科研部门的理想实验设备, 广泛应用于植物的发芽、育苗、组织细胞和微生物的培养等。它主要由主控制柜、温湿度控制设备、CO2浓度控制设备及光照强度控制设备等组成。
 
    在某学院人工气候室控制系统性能要求中, 对温度的控制要求最高, 要求控制精度在±1℃, 其次是对湿度的控制要求, 控制精度要求在±5~±10%。同时, 为了模拟植物生长环境的周期性特点, 系统设有分时段运行控制, 不同时段的温湿度设定值不同。因此, 人工气候室温湿度控制的主要难点有:
 
    1) 温湿度控制对象的非线性时变性、大滞后性等;
 
    2) 温度湿度的耦合性;
 
    3) 在由一个时段运行结束跳转至下一时段运行时, 系统温湿度瞬时误差可能很大, 对控制造成很大困扰;
 
    4) 对光照、CO2进行控制时的内部干扰和系统本身的外部环境干扰严重。
 
    由理论可知, PID控制能够做到无静差控制, 模糊控制抗干扰能力强适应性强, 同时响应速度快。根据以上理论同时综合考虑该人工气候室温湿度控制的难点, 提出以下控制方案如下图所示, 即:
 
27.jpg
 
    1) 相对于温度变化对湿度的影响, 湿度变化对温度的影响可忽略, 因此先对温度进行控制, 直到温度控制满足系统要求再对湿度进行控制, 解决温湿度耦合问题;
 
    2) 湿度控制精度要求不高, 但需要克服多种干扰, 因此, 用模糊控制对湿度进行控制既可以满足要求;
 
    3) 温度控制除了涉及精度、干扰等问题, 同时还有时段跳转时的平滑快速控制问题, 因此用模糊控制与模糊PID控制分时复用的方法对温度进行控制。用模糊控制的快速适应性实现平滑快速的控制, 用模糊PID控制实现强抗干扰性的精确控制。
 
 
 
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