过程辨识与PID自整定理论及其在暖通空调系统中的应用研究

【摘要】： 比例—积分—微分(PID)是在工业过程控制中最常见的一种控制算法。由于PID控制算法简单、在实际中容易被理解和实现,因此它被广泛应用于工业过程控制系统中,许多高级控制都是以PID控制为基础的。但PID参数的整定一般需要经验丰富的工程技术人员来完成,既耗时又耗力,加之实际系统千差万别,又有滞后、非线性等因素,使PID参数的整定有一定的难度,致使许多PID控制器没能整定的很好,这样的系统自然无法工作在令人满意的状态,因此研究自整定PID控制具有重要意义。 随着社会经济的迅猛发展,人们对对生活环境的质量提出越来越高的要求,楼宇建筑物已经由简单的庇护场所发展到舒适、健康、节能的自动化和智能化的绿色建筑。而相应的建筑能耗也在逐年增加,在建筑能耗中,暖通空调系统所耗费的能量占大楼消耗总能量的30%-50%,而且呈逐年增长的趋势。因此在国际能源日益匮乏的情况下,对暖通空调系统控制的研究具有十分重要的现实意义和应用价值。暖通空调系统控制的研究是针对系统内部各个回路的控制器的设计和优化,良好的控制方法既能满足人们对环境舒适度要求又能够达到节约能源的目的。总结全文,论文的主要内容可以概括如下: 1、总结出了HVAC系统中常见的复杂动态系统的继电反馈试验能否成功的判别方法。 基于继电反馈技术的系统辨识和控制器整定的应用越来越广泛,因此继电反馈试验能否成功就显得尤为重要。针对HVAC系统中常见的滞后过程、右半平面有零点的过程和开环不稳定过程等几类复杂动态系统的继电反馈试验做了分析与研究,并总结出了这几类系统继电反馈试验能否成功的判别方法,为基于继电反馈的过程辨识和控制器整定的成功进行奠定了基础。 2、提出了一种面向HVAC工程应用的多变量过程辨识方法。 与单输入单输出(SISO)系统相比,多输入多输出(MIMO)系统的控制要复杂且困难的多。针对HVAC系统中的多变量过程提出了一种面向HVAC工程应用的两输入两输出(TITO)过程的在线闭环辨识方法,该方法通过两个改变设定值的阶跃测试,估计出过程在感兴趣的相位滞后为π处的频率响应,通过在频域中模型匹配辨识出过程的传递函数矩阵。该辨识方法只需要过程的输入输出响应数据,不需要过程动态特性的先验知识,而且该法可以推广到多变量过程(MIMO)中去。典型例子的仿真结果证明了此方法的有效性和实用性。 3、提出了一种积分过程的PID控制器自整定方法。 针对积分过程给出了简单、实用的PID控制器自整定方法,并在HVAC系统的实验设备中进行了成功应用。该方法首先辨识出对象的模型,然后根据模型基于鲁棒性能指标设计PID控制器。该方法的主要思想是采用双回路控制结构和基于鲁棒性能指标的控制器设计方法,从而可以克服传统PID控制器在控制积分过程时存在的结构上的局限性,然后通过简化控制结构得到设定值加权PID控制器参数的整定公式。仿真结果和HVAC系统中的实际应用结果表明了该方法的有效性和实用性。 4、基于PIC18f452开发了一智能在线式手持PID参数整定仪。 利用现有的PID参数整定理论,基于PIC18f452模块,开发了智能在线式手持PID参数整定仪,该整定仪体积小,携带方便,工程师利用它可以节省PID控制器整定时间,提高工作效率。该整定仪在变风量HVAC系统过程控制中进行了应用,并给出了实际运行结果,结果表明该整定仪可以快速地整定出PID参数,并且整定后的PID控制器具有良好的控制效果。目前该产品正准备申请专利。 5、基于Visual C++和JAVA开发平台,开发了基于Internet的PID自整定系统。 工业以太网是一种新兴的基于网络的控制系统,基于TCP/IP协议的工业以太网使得整个网络只有一种通讯协议,可以满足控制系统各个层次的要求,可以便捷地访问远程系统或与Internet连接,从而能够实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接。将PID自整定技术和Internet相结合,开发了具有自主知识产权的基于Internet的PID自整定系统。 最后对全文的主要工作作了总结,并对下一步的研究方向进行了展望。

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容