[发明专利]温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度控制器领域，尤其是一种温度控制方法。

背景技术

温度是工业生产过程中的基本参数之一，由于温度的测量 和控制效果常常与生产效率、生产安全、能源管理等各项技术 经济指标息息相关。随着温度测量控制器在工业环境大范围使 用，对温度控制的准确性、稳定性、可靠性等要求也越来越高。 温度控制算法作为温度测量控制器的核心技术受到了广大学 者的高度关注，由于传统的单一PID(比例(proportion)、积 分(integral)、导数(derivative))算法已经无法满足控制需求， 因此各种参数自整定PID算法孕育而生。基于模型参数辨识 的自整定PID算法在工业上得到了广泛应用，但其参数整定 效果严重依赖于系统模型且易受环境变化干扰，难以达到较高 的控制精度。基于模糊算法的自整定PID在工程实用中，PID 初值对其控制性能影响较大，模糊规则、量化因子对其参数整 定效果也有一定的制约。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种温度控制方法，所述 温度控制方法实现了工业环境高精度的温度控制，具有更好的 控制效果。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种温 度控制方法，包括如下步骤：(1)控制系统模型G(s)用带干扰 和参数不确定的一阶惯性滞后环节描述，定义e、e&分别为温 度设定值与实际测量值的偏差及偏差变化率；(2)采用继电反 馈法对模型参数进行辨识，基于Z-N公式法得到模糊PID的 PID初值；(3)基于优化的模糊规则，根据偏差e和偏差变化率 e&对PID参数在初值的基础上进行自适应调整；以及(4)根据变 论域思想确定模糊PID的量化因子。

作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)中，偏差e和 系统模型G(s)的公式分别为：

e＝sv-pv(1)

作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中，利用基于 Z-N公式的继电反馈法确定PID的初值，过程如下：

式(3)-(4)中：d是继电特性幅值，A是系统产生的稳定等 幅幅值，T_u是临界振荡周期，y_max和t₁分别是第一个波峰的 峰值与时间，y_min和t₂是第二个波峰的峰值与时间，根据式(5) 可计算出PID初值K_p0、K_i0、K_d0。

作为本发明的进一步改进，所述步骤(3)中，PID参数的 在线自适应调整量由模糊控制得到，E和EC分别是e和e&输 入量化后的模糊语言，归一化模糊论域根据变论域的思想确定 其量化因子如式(6)所示，隶属度函数采用三角形函数：

作为本发明的进一步改进，所述的PID参数整定及自适 应调整算法为：

u(t)＝(K_p0+ΔK_p)×e(t)+(K_i0+ΔK_i)×∫e(t)+(K_d0+ΔK_d)×e&(t)

(7)。

作为本发明的进一步改进，所述的模糊输入输出量的隶 属度函数皆采用三角形函数，模糊论域归一化为[0,1]，模糊 子集为：Z(零)、S(小)、M(中)、B(大)，模糊规则直接决定了 模糊控制的性能好坏，为降低模糊控制对干扰的敏感性，对 通用模糊规则进行了合并和优化，规则从49条减到了16条， 不仅提高了控制性能还减少了系统计算开支。

作为本发明的进一步改进，|E|较大时，为了加快系统的 响应速度，并防止因开始时的瞬间变大，可能会引起的微分溢 出，应取较大的KP和较小的KD；为防止积分饱和，避免系 统响应出现较大的超调，此时应去掉积分作用，取KI＝0。

作为本发明的进一步改进，|E|中等大小时，为了使系统 响应的超调量减小和保证一定的响应速度，应取较小的KI、 KP和KD的数值大小要适中。

作为本发明的进一步改进，|E|较小时，为了使系统具有 良好的稳态性能，应增大KP和KI的数值，同时为避免输出 响应在设定值附近的振荡，并考虑系统的抗干扰性能，应适当 地选取KD，其原则是：当|EC|值较小时，KD取大一些；当|EC| 值较大时，KD取较小的数值，通常KD为中等大小。