[发明专利]一种基于密闭空间的温湿度系统的建模和控制方法

说明书

本发明公开了一种基于密闭空间的温湿度系统的建模和控制方法，包括以下步骤，S1：基于机理分析法与阶跃响应系统辨识法，建立密闭空间的温湿度系统模型；S2：利用前馈补偿解耦方法，设计温湿度系统的控制系统解耦器；S3：基于模糊控制和PID控制，设计温湿度系统的模糊自适应PID控制系统；S4：设置模糊控制规则MATLAB仿真和控制系统Simulink仿真。本发明提出的密闭空间温湿度系统建模和控制方法，弥补了传统的PID算法抗干扰能力的不足以及常规解耦方法效果不佳的问题，并且通过实验验证了本发明对温湿度控制器的控制精度和系统稳定性都有着比较好的效果，同时也提高了系统的抗干扰性能。

技术领域

本发明涉及温湿度自动控制技术领域，尤其涉及一种基于密闭空间的温湿度系统的建模和控制方法。

背景技术

密闭空间的温湿度控制系统研究，无论是在工业方面，还是在我们日常的生活方面，都具有十分重要的意义。在很多生产过程中，温度与湿度这两个物理量直接影响着生产效率以及产品的质量与使用寿命。

目前的温湿度控制，对于一些复杂的系统控制效果不太好，尤其是对于大时滞、时变性系统，适应效果比较差，自适应能力欠佳。

密闭空间温湿度控制方法有很多种，其中最常用的就是开关控制和PID控制。开关控制是一种最简单直接的控制方式，但是它的控制精度低，稳定性差，容易使得系统出现超调过大和震荡；PID控制器由于其操作简单，在实际应用中，只需要对它的三个参数进行相应地调整就可以获得比较满意的控制效果；但是，PID控制器比较依赖于精确的系统模型，对于模型难以确定的系统，它的控制效果就不是很理想。

随着控制技术的不断发展，模糊控制、神经网络等新型控制技术越来越显示出其自身的优势，这给实际过程中难以解决的复杂系统控制问题提供了一条新的路径。其中模糊控制技术对于一些具有时变性的复杂系统有着比较好的控制效果，同时具有比较好的鲁棒性，得到越来越广泛的应用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种基于密闭空间的温湿度系统的建模和控制方法，基于机理分析法与阶跃响应系统辨识法建立密闭空间温湿度系统模型，然后利用前馈补偿解耦方法设计温湿度系统模型的控制系统解耦器，最后基于模糊控制和PID控制，设计温湿度系统模型的模糊自适应PID控制系统，使最终建立的基于密闭空间的温湿度系统具备较好的鲁棒性能和稳定性，从而达到将温度与湿度控制到恒值的效果。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于密闭空间的温湿度系统的建模和控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：基于机理分析法与阶跃响应系统辨识法，建立密闭空间的温湿度系统模型；

S2：利用前馈补偿解耦方法，设计温湿度系统的控制系统解耦器；

S3：基于模糊控制和PID控制，设计温湿度系统的模糊自适应PID控制系统；

S4：设置模糊控制规则MATLAB仿真和控制系统Simulink仿真。

进一步的，步骤S1的具体操作包括以下步骤，

S101：基于机理分析法和阶跃响应系统辨识法，建立密闭空间的温湿度系统模型为模型中，T₁＝R₁C₁为密闭空间的时间常数，为密闭空间的放大系数，Δθ_a为密闭空间内的空气温度增量，Δθ_c为密闭空间内的送风温度增量，Δθ_f为密闭空间外部干扰量换算成送风温度的增量；

S102：通过实验测取密闭空间的阶跃响应，得到密闭空间内温度的上升曲线为近似S形的非周期曲线；