[发明专利]一种基于极点配置的空调温控系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种基于极点配置的空调温控系统及其控制方法，该系统包括依次连接于系统输入端与系统输出端之间的PID控制器和被控对象；Smith预估补偿器，连接于所述PID控制器的输出端与输入端之间；以及前馈控制器，连接于所述PID控制器的输出端与系统输入端之间；基于闭环系统的传递函数的极点确定所述PID控制器的参数。本发明基于闭环系统的传递函数的极点确定PID控制器的参数，方法简单，且能够令系统具有良好的动静态性能；同时本发明增加了Smith预估补偿器和前馈控制器，使得控制系统中的时滞影响得到削减，具有更快的响应时间，提高了控制质量。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种基于极点配置的空调温控系统及其控制方法。

背景技术

温度控制是决定一个空调系统是否有效的最直观的因素，智能地控制空调房间温度可以有效地提高房间内环境的舒适性。

目前，空调房间的温度控制一直是国内外研究的一个热点和难点。空调房间内的系统是一个复杂多变的系统，其温湿度、人员密度、设备散热量等参数，均具有较强的耦合性，是一种非线性、时变性、时滞性较强的复杂系统。

传统的PID控制具有结构简单易实现的优点，在工业控制中被广泛应用。但由于空调房间内的温度变化不仅与围护结构有关，还与太阳的照射、设备的散热、人员的流动等都有很大的关系，整个房间内的温度系统较为复杂，故而传统的PID控制方法难以实现高精度、高性能的控制要求，已经不能满足现在人们对是室内环境的舒适性要求。

国内外学者针对这一问题，提出了多种智能控制方法。例如，张妤提出了一种模糊自适应PID控制方法，该方法通过模糊规则的选取对其控制器参数进行了自适应选择，并取得了一定的控制效果。蒋鼎国提出了一种基于BP神经网络与PID相结合的控制算法，大大提高了控制系统性能，但不足之处是BP神经网络学习速率和收敛速率较慢、训练时间过长。罗乐等人研究了温度控制的遗传算法，并进行了Multisim仿真分析，能改进控制效果。吉炜寰等人针对DFB激光器温度控制系统，采用了遗传算法和神经网络的复合控制结构，该方法综合了两种算法的优点，能在宽范围内实现温度的准确控制。周颖等人对生物发酵系统的温度控制进行了研究，提出了一种非线性的PID控制器，并利用自适应遗传算法应用于该控制器的参数寻优，具有较好的控制精度。外国工程师史密斯针对时滞系统的特性，最先提出一种带有纯滞后补偿环节的控制策略，即Smith预估补偿控制。袁成翔等人将Smith补偿控制器应用于变风量空调的温度的串级控制中；陈莉提出带两个补偿器进行串联来提高控制系统的稳定性。Atherton提出模糊Smith预估控制器以及相关的改进策略。但这些方法的控制原理和结构较为复杂，使得控制系统参数的整定变得较为困难，不利于控制算法的推广应用。

发明内容

本发明提供一种基于极点配置的空调温控系统及其控制方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于极点配置的空调温控系统，包括依次连接于系统输入端与系统输出端之间的PID控制器和被控对象；Smith预估补偿器，连接于所述PID控制器的输出端与输入端之间；以及前馈控制器，连接于所述PID控制器的输出端与系统输入端之间；基于闭环系统的传递函数的极点确定所述PID控制器的参数。

较佳地，当所述被控对象为一阶函数时，所述PID控制器包括放大环节和积分环节。

较佳地，当所述被控对象为二阶函数时，所述PID控制器包括放大环节、积分环节和微分环节。

本发明还提供了一种如上所述的基于极点配置的空调温控系统的控制方法，基于闭环系统的传递函数的极点确定所述PID控制器中的放大系数K_P和积分系数K_I的公式如下：

式中，K为放大系数，T为时间常数，ξ为阻尼系数，ω_n为无阻尼振荡频率。