可程式恒溫恒濕試驗箱自適應(yīng)逆控制系統(tǒng)的研究     

      以下是對可程式恒溫恒濕試驗箱（）自適應(yīng)逆控制系統(tǒng)的研究，希望能夠幫到大家，讓大家更加了解恒溫恒濕試驗箱哦！1、前言  

      恒溫恒濕試驗箱是指溫度和濕度都能控制在范圍內(nèi)的試驗箱，主要用于機(jī)械產(chǎn)品、電子產(chǎn)品、生物醫(yī)藥、化工原料、農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品等材料在高溫、低溫、濕熱等環(huán)境條件下貯存、運(yùn)輸、使用時的適應(yīng)性試驗。由于可程式恒溫恒濕試驗箱控制系統(tǒng)是一個具有多變量、非線性、大時滯、強(qiáng)耦合的熱工系統(tǒng)，在工程實(shí)際中，每個回路單獨(dú)運(yùn)行都較正常，但在所有回路同時工作時，整個系統(tǒng)就會不穩(wěn)定。這是由于恒溫恒濕試驗箱系統(tǒng)各控制回路之間相互耦合、相互影響、相互干擾造成的，如果把這些回路看成是互不的而進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計，顯然極不合理。因此，解決多回路之間的耦合，以達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行和控制是極為關(guān)鍵的。
2、在恒溫恒濕試驗箱控制中主要存在的難題
（1）檢測儀表與傳感器性能不穩(wěn)定檢測儀表和傳感器的性能直接影響溫濕度的控制效果，由于在可程式恒溫恒濕試驗箱中選擇的監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量較少以及位置不合理，往往是造成傳感器采集的數(shù)據(jù)失真，與實(shí)際情況有較大差異，再加上國產(chǎn)的一些溫濕度傳感器的性能不穩(wěn)定，將會大大影響溫濕度控制的效果。
（2）控制回路較多，且相互耦合控制系統(tǒng)由溫度、濕度和壓力傳感器、變風(fēng)量控制器、風(fēng)機(jī)變頻器、加濕裝置及其調(diào)節(jié)閥、表冷器及其調(diào)節(jié)閥、新回風(fēng)調(diào)節(jié)閥等組成，含有送風(fēng)溫度控制、室內(nèi)溫度控制、室內(nèi)相對濕度控制和末端風(fēng)管靜壓控制4個控制回路，且各回路相互耦合。
（3）控制系統(tǒng)建模比較困難可程式恒溫恒濕試驗箱控制系統(tǒng)模型的建立是實(shí)現(xiàn)自動控制和系統(tǒng)辨識的基礎(chǔ)。恒溫恒濕試驗箱控制系統(tǒng)模型模型有兩種：解析模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀Ｇ罢哐芯亢銣睾銤裨囼炏淇刂七^程中的空氣流動、傳熱、傳濕等熱力學(xué)特性；后者則根據(jù)實(shí)驗或運(yùn)行結(jié)果，采用多項式擬合等近似方法獲得恒溫恒濕控制過程的經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀＿@些方法對恒溫恒濕試驗箱的設(shè)計和優(yōu)化起了重要作用，但都是從靜態(tài)的角度考察溫濕度控制過程。溫濕度控制過程是一個多變量、非線性、強(qiáng)耦合、大滯后、非穩(wěn)態(tài)的復(fù)雜過程，需要從動態(tài)的角度研究溫濕度控制過程參數(shù)間的相互耦合關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)溫濕度控制過程的在線監(jiān)測和自動控制奠定基礎(chǔ)。同時，溫濕度控制過程建模存在著一些無法彌補(bǔ)的缺陷，如建立溫濕度控制的數(shù)學(xué)模型時做的許多假設(shè)有時與實(shí)際不符。利用偏微分模型對溫濕度控制過程進(jìn)行模擬時，模型的求解是通過反復(fù)迭代來完成的。不僅模型復(fù)雜，求解困難，而且需要很長的計算時間。因此，建立一個符合實(shí)際溫濕度控制過程的理想的數(shù)學(xué)模型是十分困難的，這直接影響了可程式恒溫恒濕試驗箱的控制精度和控制效果。

2、研究方案
2.1研究內(nèi)容
（1）建立恒溫恒濕控制模型并通過相關(guān)軟件進(jìn)行計算機(jī)仿真歸納整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行單因素與多因素分析，通過非線性擬合，建立恒溫恒濕試驗箱過程控制的數(shù)學(xué)模型，采用逆控制和模糊控制或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計控制算法，對復(fù)雜過程進(jìn)行線性化解耦以及大滯后補(bǔ)償，并進(jìn)行控制系統(tǒng)的計算機(jī)仿真。
（2）研制一臺自適應(yīng)逆控制的可程式恒溫恒濕試驗箱應(yīng)用前面建立的自適應(yīng)逆控制理論，研制一臺自適應(yīng)逆控制的恒溫恒濕試驗箱。
（3）恒溫恒濕試驗箱控制過程的實(shí)驗研究與影響因素分析通過對恒溫恒濕試驗箱控制過程的實(shí)驗研究，歸納整理出相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行恒溫恒濕試驗箱的影響因素分析，從而確定影響恒溫恒濕效果的主要因素和次要因素，并對各參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，決定溫濕度過程控制的控制變量、被控變量和可測干擾等。
2.2研究方法
（1）可程式恒溫恒濕試驗箱手動控制過程的實(shí)驗研究方法選擇一恒溫恒濕試驗箱作為測試對象。在沒有安裝自動控制系統(tǒng)時，通過加濕、加熱、排風(fēng)等方式進(jìn)行手動控制的操作記錄，記錄內(nèi)容主要為：運(yùn)行時間、箱內(nèi)濕度、箱內(nèi)溫度，排風(fēng)流量、排風(fēng)速度、環(huán)境溫度和環(huán)境濕度等。
（2）研制恒溫恒濕試驗箱的研究方法應(yīng)用前面建立的自適應(yīng)逆控制模型，研制一臺恒溫恒濕試驗箱，設(shè)備主要由制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、水箱、恒溫恒濕箱體等主要部分組成。設(shè)備以PLC與溫、濕度控制器為自動化平臺，集成溫度傳感器、濕度傳感器、觸摸屏、固態(tài)繼電器等，組成可程式恒溫恒濕試驗箱電氣控制系統(tǒng)。使用溫濕度傳感器獲得溫濕度的感應(yīng)電壓，直接接入至一臺溫濕度控制器中，根據(jù)自適應(yīng)逆控制模型，輸出0-10V的線性電壓對加熱系統(tǒng)進(jìn)行控制，采用PWM控制方法控制固態(tài)繼電器按照計算得出的通斷頻率，調(diào)節(jié)加濕系統(tǒng)開關(guān)的導(dǎo)通時間，達(dá)到使箱體內(nèi)溫濕度恒定的目的。
（3）建立自適應(yīng)逆控制模型的研究方法歸納整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行單因素與多因素實(shí)驗結(jié)果分析，通過非線性擬合，建立溫濕度過程控制的數(shù)學(xué)模型。由于溫濕度控制過程是一個較復(fù)雜的多變量、大滯后和非線性熱工過程，需對所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化解耦和大滯后補(bǔ)償，只有這樣，才能便于控制系統(tǒng)設(shè)計的實(shí)現(xiàn)。本研究擬采用多變量非線性系統(tǒng)的逆控制方法，完成對過程控制數(shù)學(xué)模型的處理.  軟件擬采MATLAB和SIMULINK進(jìn)行控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗。
3.研究的目的和意義
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，恒溫恒濕試驗箱在生產(chǎn)中的用途越來越廣泛，本課題主要研究可程式恒溫恒濕試驗箱自適應(yīng)逆控制技術(shù)，其意義如下：
3.1自適應(yīng)逆控制技術(shù)應(yīng)用于恒溫恒濕試驗箱的控制，可解決其控制過程的瓶頸問題：即多變量、非線性、強(qiáng)耦合以及大滯后復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。
3.2研究擬采用基于PC機(jī)的開放式控制系統(tǒng)，界面友好，可操作性強(qiáng)，系統(tǒng)便于擴(kuò)展，能滿足控制功能要求，且具有監(jiān)視、采集、控制、數(shù)據(jù)存儲、實(shí)時曲線顯示等功能，對同類產(chǎn)品的開發(fā)和研制具有一定的借鑒作用。
3.3課題研制的恒溫恒濕試驗箱應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，便于推廣，能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此，研究可程式恒溫恒濕試驗箱的自動控制系統(tǒng)具有理論和實(shí)踐的雙重價值。