自校正Smith預估控制的室溫控制裝置以及控制方法
2023-05-30 05:20:31
專利名稱：自校正Smith預估控制的室溫控制裝置以及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種室溫控制裝置，特別是涉及一種自校正Smith預估控制的室溫控制裝置以及控制方法。
背景技術：
目前空調系統所存在的長期運行效率低下、能耗偏高的問題，其根本原因除了不正確運行方式之外，傳統控制方法無法獲得令人滿意的迴路控制性能也是其關鍵所在。其中暖通空調系統所具備的時滯、時變和強耦合等非線性特性是導致傳統PID控制方法無論從工程實踐還是理論上都無法獲得良好控制性能的根本原因。研究能夠克服暖通空調被控對象時滯和時變等非線性的控制算法，是提高暖通空調控制系統控制迴路性能的重要途徑之一。時滯特性在空調系統的控制環節中廣泛存在，其形成機理除了和空調系統中水和空氣流速及管道長度有關，還和執行器特性、換熱器參數及房間容積密切相關，很難精確評 估，而且時滯參數在變流量空調系統中帶有明顯的時變特性。時滯特性使得控制信號的作用在一定的時滯時間過後才能反映到被控量，因此調節效果不能被適時反映；此外，對象受幹擾時控制器作用不能及時對幹擾產生抑制作用。暖通空調系統控制難度和時滯程度有密切關係，時滯程度由系統純滯後時間T與時間常數T的比值Θ來反映，當Θ >0.5時，稱為大時滯系統，Θ越大，控制難度越高，此時PID控制已經無法獲得良好的控制性能；而且暖通系統具有時變的特性，也就是說暖通空調對象模型參數隨著負荷工況的變化相應發生變化，因此使得經過良好整定的控制器也僅僅是能在一定的負荷範圍內保持滿意的控制效果O由此可見，上述現有的空調系統控制系統以及方法在使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決空調系統控制系統以及方法存在的問題，相關領域技術人員費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般控制系統以及控制方法又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。有鑑於上述現有的空調系統控制系統以及方法存在的缺陷，本發明人基於從事此領域多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新型結構的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置以及控制方法，能夠改進一般現有的空調系統控制系統以及方法，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，並經反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的主要目的在於，克服現有的空調系統控制系統存在的缺陷，而提供一種新型結構的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置以及控制方法，所要解決的技術問題是使其實時的辨識出空調對象模型的純遲延時間和空調對象模型，然後再將空調對象的純遲延時間和空調對象模型傳送給Smith預估控制補償器，通過Smith預估控制補償器的控制對整個控制系統進行精確的控制，從而更加適於實用，且具有產業上的利用價值。本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種自校正Smith預估控制的室溫控制系統，包括溫度傳感器，用於實時採集室內溫度信號；控制裝置，用於接收所述溫度傳感器採集的溫度信號，並對該溫度信號進行分析計算，分別對應發出信號控制變頻器和送風風機；所述控制裝置，包括計算機、可編程控制器、PI控制器和Smith預估補償器，所述計算機用於通過帶遺忘因子的聯合辨識算法對室內的空調對象模型的輸入和輸出參數進行在線監測，實時的辨識出空調對象模型的純遲延時間和空調對象模型，然後再將空調對象的純遲延時間和空調對象模型傳送給所述Smith預估控制補償器；所述計算機用於將實時辨識出的空調對象模型傳遞給PI控制器，通過辨識出的模型進行相應的PI參數設置，同時所述Smith預估控制器將遲延時間的控制傳給PI控制器，所述PI控制器通過設定溫度 和實際溫度進行負反饋運算對整個室內進行控制。前述的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其中，所述計算機與所述可編程控制器通過通信模塊相聯接。前述的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其中，所述計算機通過RS232串口及串行通信總線與通信模塊連接，所述通信模塊再與可編程邏輯控制器連接。前述的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其中，所述變頻器的輸入端與可編程控制器的模擬量輸出和數字量輸出的輸出端相連，變頻器的輸出端與數字量輸入模塊的輸入端以及送風風機的輸入端相連。前述的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其中，所述可編程邏輯控制器內置有比例、積分和微分控制器。自校正Smith預估控制的室溫控制方法，包括如下步驟採用溫度傳感器採集室內溫度信號，將採集到的溫度信號通過計算機採用帶遺忘因子的聯合辨識算法進行分析，實時辨識出的空調對象模型傳遞給PI控制器，通過辨識出的空調對象模型進行相應的PI參數設置，同時Smith預估控制器將遲延時間的控制傳給PI控制器，然後PI控制器通過設定溫度和實際溫度進行負反饋運算對整個空調對象進行精確的控制。藉由上述技術方案，本發明自校正Smith預估控制的室溫控制裝置以及控制方法至少具有下列優點通過對測試室的空調對象模型的輸入和輸出參數進行在線監測，能夠實時辨識出時變的空調對象的純延遲時間，彌補傳統的Smith預估控制系統需要預先了解對象純滯後時間的缺陷，在保持了傳統的Smith預估控制系統針對精確模型具有優異控制性能的同時，在空調對象特性參數尤其是純延遲時間時變的情況下也能獲得良好的控制效果。綜上所述，本發明自校正Smith預估控制的室溫控制裝置以及控制方法，其具有上述諸多的優點及實用價值，並在同類控制裝置中未見有類似的結構設計公開發表或使用而確屬創新，其不論在結構上或功能上皆有較大的改進，在技術上有較大的進步，並產生了好用及實用的效果，且較現有的空調系統控制系統具有增進的多項功效，從而更加適於實用，而具有產業的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖I為自校正Smith預估控制的室溫控制系統的示意圖；圖2為自校正Smith預估控制的室溫控制系統的控制流程圖；圖3為聯合辨識算法參數辨識結構框圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結·合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置以及控制方法其具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。一種自校正Smith預估控制的室溫控制系統，包括溫度傳感器，用於實時採集室內溫度信號；控制裝置，用於接收所述溫度傳感器採集的溫度信號，並對該溫度信號進行分析計算，分別對應發出信號控制變頻器和送風風機；所述控制裝置，包括計算機、可編程控制器、PI控制器和Smith預估補償器，所述計算機用於通過帶遺忘因子的聯合辨識算法對室內的空調對象模型的輸入和輸出參數進行在線監測，實時的辨識出空調對象模型的純遲延時間和空調對象模型，然後再將空調對象的純遲延時間和空調對象模型傳送給所述Smith預估控制補償器；所述計算機用於將實時辨識出的空調對象模型傳遞給PI控制器，通過辨識出的模型進行相應的PI參數設置，同時所述Smith預估控制器將遲延時間的控制傳給PI控制器，所述PI控制器通過設定溫度和實際溫度進行負反饋運算對整個室內進行控制。計算機與所述可編程控制器通過通信模塊相聯接，計算機通過RS232串口及串行通信總線與通信模塊連接，通信模塊再與可編程邏輯控制器連接。變頻器的輸入端與可編程控制器的模擬量輸出和數字量輸出的輸出端相連，變頻器的輸出端與數字量輸入模塊的輸入端以及送風風機的輸入端相連，可編程邏輯控制器內置有比例、積分和微分控制器。自校正Smith預估控制的室溫控制方法，包括如下步驟採用溫度傳感器採集室內溫度信號，將採集到的溫度信號通過計算機採用帶遺忘因子的聯合辨識算法進行分析，實時辨識出的空調對象模型傳遞給PI控制器，通過辨識出的空調對象模型進行相應的PI參數設置，同時Smith預估控制器將遲延時間的控制傳給PI控制器，然後PI控制器通過設定溫度和實際溫度進行負反饋運算對整個空調對象進行精確的控制。其中聯合辨識算法為本控制裝置的核心算法，其為帶遺忘因子的遞推最小二乘和零頻率模型匹配的聯合辨識算法參數辨識結構框圖見圖3，其辨識過程步驟如下I)給定初始條件(為起始估計值，0 =為下式也就是參考
沒(0) =εL」
模型中傳遞函數==== Z 1 +bl Z ―，…+ bmZ,M 中的和)，P(0) =a2I(a 為充
雄) 命)1-αζ-1 分大的數，P(O)實際是一個中間變量，代表整個系統的維數)2)建立在u(k)、y(k)空調系統輸入和輸出數據的基礎上(u(k)為輸入，y(k)為輸出)，根據式
權利要求
1.一種自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其特徵在於包括 溫度傳感器，用於實時採集室內溫度信號； 控制裝置，用於接收所述溫度傳感器採集的溫度信號，並對該溫度信號進行分析計算，分別對應發出信號控制變頻器和送風風機； 所述控制裝置，包括計算機、可編程控制器、PI控制器和Smith預估補償器，所述計算機用於通過帶遺忘因子的聯合辨識算法對室內的空調對象模型的輸入和輸出參數進行在線監測，實時的辨識出空調對象模型的純遲延時間和空調對象模型，然後再將空調對象的純遲延時間和空調對象模型傳送給所述Smith預估控制補償器；所述計算機用於將實時辨識出的空調對象模型傳遞給PI控制器，通過辨識出的模型進行相應的PI參數設置，同時所述Smith預估控制器將遲延時間的控制傳給PI控制器，所述PI控制器通過設定溫度和實際溫度進行負反饋運算對整個室內進行控制。
2.根據權利要求I所述的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其特徵在於所述計算機與所述可編程控制器通過通信模塊相聯接。
3.根據權利要求I所述的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其特徵在於所述計算機通過RS232串口及串行通信總線與通信模塊連接，所述通信模塊再與可編程邏輯控制器連接。
4.根據權利要求I所述的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其特徵在於所述變頻器的輸入端與可編程控制器的模擬量輸出和數字量輸出的輸出端相連，該變頻器的輸出端與數字量輸入模塊的輸入端以及送風風機的輸入端相連。
5.根據權利要求I所述的自校正Smith預估控制的室溫控制裝置，其特徵在於所述可編程邏輯控制器內置有比例、積分和微分控制器。
6.自校正Smith預估控制的室溫控制方法，其特徵在於，包括如下步驟 採用溫度傳感器採集室內溫度信號，將採集到的溫度信號通過計算機採用帶遺忘因子的聯合辨識算法進行分析，實時辨識出的空調對象模型傳遞給PI控制器，通過辨識出的空調對象模型進行相應的PI參數設置，同時Smith預估控制器將遲延時間的控制傳給PI控制器，然後PI控制器通過設定溫度和實際溫度進行負反饋運算對整個空調對象進行精確的控制。
全文摘要
本發明公開了一種自校正Smith預估控制的室溫控制裝置及其控制方法，包括溫度傳感器，控制裝置，用於接收所述溫度傳感器採集的溫度信號，並對該溫度信號進行分析計算，分別對應發出信號控制變頻器和送風風機，通過對測試室的空調對象模型的輸入和輸出參數進行在線監測，能夠實時辨識出時變的空調對象的純延遲時間，彌補傳統的Smith預估控制系統需要預先了解對象純滯後時間的缺陷，在保持了傳統的Smith預估控制系統針對精確模型具有優異控制性能的同時，在空調對象特性參數尤其是純延遲時間時變的情況下也能獲得良好的控制效果。
文檔編號F24F11/02GK102889671SQ20121040142
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者白建波, 張宇 申請人:河海大學常州校區