一種基於蟻群算法的pid溫度控制裝置的製作方法

2023-05-15 20:10:46 2

專利名稱：一種基於蟻群算法的pid溫度控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於交叉學科，涉及太陽能領域以及自動控制技術領域。涉 及一種基於蟻群算法的PID溫度控制裝置，主要應用於主動式太陽房的溫 度控制中。
背景技術：
隨著我國能源需求的增加，太陽能已經被廣泛的應用於各領域中，尤其 在建築中利用太陽能積累了很多的經驗，但是太陽能建築的研究還有待於進 一步的發展。早期的太陽能建築是不使用任何輔助的常規能源，只是利用建 築本身的內部結構和外部形體，建築材料，以及周圍環境的合理布局來採集, 儲存太陽能用以給室內供暖以及家庭生活熱用水。此種太陽能建築稱為"被 動式太陽房"，後來隨著科學技術的發展，人類多生活居住環境需求的提高， 新的太陽能建築就隨之發展起來了，稱之為"主動式太陽房"。主動式太陽 房主要是由太陽能集熱器，蓄熱水箱，循環水泵，散熱器，輔助熱源，溫度 傳感器，控制系統等組成的採暖系統，主動式太陽房對生活居住質量方面明 顯改善了很多，但是其在很大程度上消耗了大量的常規能源，而且造價相對 比較高，本文針對此設計了其控制裝置，用於提高太陽能的利用率，節省常 規能源。
發明內容
針對傳統的主動式太陽房在太陽能利用中常規能源的大量消耗，造價 高，室內溫度波動大，溫度調節不平滑的缺點，本實用新型目的在於，提供 一種基於蟻群算法的PID溫度控制裝置，該控制裝置利用蟻群算法的全局尋 優能力來優化PID控制器的三個參數從而通過控制器對太陽房中溫度的調節能迅速實施反應，很好的達到系統穩態的控制精度要求，提高了用戶室內 居住環境的舒適度，使太陽能更能最大化的合理利用，節省了常規能源的使 用，減少了系統地造價。
為了實現上述任務，本實用新型採取如下的技術解決方案 一種蟻群算法的PID溫度控制裝置，其特徵在於，該裝置包括輸入模塊， 輸入模塊的輸出端連接有a/d轉換模塊，a/d轉換模塊輸出端連接有基於 蟻群算法的pid控制器模塊，基於蟻群算法的pid控制器模塊輸出端連接 有輸出模塊，輸出模塊輸出端連接有溫度傳感器模塊，溫度傳感器模塊的輸 出端與輸入模塊的輸入端相連接。
本實用新型與現有技術相比，有益效果體現在
(1) 溫度控制的準確性
本實用新型利用傳感器採集的溫度數字信息，通過運算，尋優、數模轉 換來控制太陽房內的各個調節閥門，使太陽房內的各個流水迴路可以準確運 轉，從而精確控制太陽房內的溫度，防止了倒流，結冰，溫度落差大等缺點。
(2) 減少能耗
通過對溫度的精確控制，避免了不必要熱量的消耗或損失。提高了能源 利用率，減少了能量消耗。
(3) 控制算法收斂速度快，魯棒性好及可靠性高，實現性好 本實用新型由於採用了基於蟻群算法的pid控制，利用蟻群算法來優
化pid控制器的三個參數i^、 t;、 rd，使其值達到最佳性能指標，從而改善 了主動式太陽房控制系統的性能，提高了太陽能在此系統上的利用效率，節 省了常規能源的使用，降低了能耗，蟻群算法具有魯棒性強，很容易與多種 啟發式算法結合等優點，PID調節器規律簡單、運行可靠、易於實現等特點 加以結合，提高了溫度的控制效果。

圖1為本實用新型的基於蟻群算法的PID溫度控制裝置結構示意圖2為蟻群算法優化PID控制器參數的流程圖；
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的蟻群算法的PID溫度控制裝置，主要包括輸 入模塊l， A/D轉換模塊2，基於蟻群算法的PID控制器模塊3，輸出模塊4 和溫度傳感器模塊5。
輸入模塊1的輸出端與A/D轉換模塊2的輸入端相連，A/D轉換模塊2 的輸出端與蟻群算法PID控制器3的輸入端連接，蟻群算法PID控制器3 的輸出端與輸入模塊4的輸入端連接，輸入模塊4的輸出端與傳感器模塊5 的輸入端連接，最後，傳感器模塊5的輸出端與輸入模塊的輸入端相連接。
輸入模塊1採集到的太陽房系統中的水溫模擬量信息，將其送到A/D 轉換模塊2裡經過A/D轉換送到蟻群算法PID控制器模塊3裡，通過蟻群 算法PID控制器3中的蟻群算法對PID的三個參數i^ 、 t; 、 L進行優化後， 通過輸入模塊4控制執行器(閥門)動作，來調節水溫的變化，輸出模塊4 中的值通過溫度傳感器模塊5輸入到輸入模塊1來與給定值進行比較，從而 重複優化PID的三個參數，使其達到最佳值。
如圖2所示，其流程圖主要包括參數初始化21，螞蟻尋優22，計算目
標函數23，修正信息素強度24，循環結構25，輸出最優解26。
在參數初始化21中，令時間t=0和迭代次數Nc二 0 ，螞蟻尋優22過 程中，將m個螞蟻置於各自的初始化領域，每個螞蟻按照公式
如果
』,(W)]"(w)f 州 所給的
0 否則轉移概率移動。後計算個螞蟻的目標函數23並記錄PID控制器當前最優l
再者按照公式+1) = (1 — ") + A，式中
附formula see original document page 6
若第k只螞蟻在本循環中經過(r， s)
所給出
、0 否則
的信息素修正信息素強度24，再經過循環結構25，當修正信息素強度24 後循環Nc+l，當Nc〈預定迭代次數，則轉向螞蟻尋優22，最後輸出PID 控制器的最優解26。
本實用新型的蟻群算法的PID溫度控制裝置具有以下功能-
1. 監測控制點水溫
2. 平滑調節水溫
3. 控制執行器或執行機構運行
綜上所述本實用新型蟻群算法的PID溫度控制裝置，利用溫度信息，通 過執行機構控制太陽房採暖系統內的各個循環迴路，並保持各迴路的準確運 轉，從而精確控制太陽房內的溫度，提高了用戶室內居住環境的舒適度，使 太陽能更能最大化的合理利用，節省了常規能源的使用，減少了系統地造價。
權利要求1. 一種基於蟻群算法的PID溫度控制裝置，其特徵在於，該裝置包括輸入模塊(1)，輸入模塊(1)的輸出端連接有A/D轉換模塊(2)，A/D轉換模塊(2)輸出端連接有基於蟻群算法的PID控制器模塊(3)，基於蟻群算法的PID控制器模塊(3)輸出端連接有輸出模塊(4)，輸出模塊(4)輸出端連接有溫度傳感器模塊(5)，溫度傳感器模塊(5)的輸出端與輸入模塊(1)的輸入端相連接。
2. 如權利要求1所述的基於蟻群算法的pid溫度控制裝置，其特徵在 於，所述的輸入模塊(1)將採集到的太陽房系統中的水溫模擬量信息送到 a/d轉換模塊(2)中，並經過a/d轉換後送到蟻群算法pid控制器模塊(3) 中，通過蟻群算法pid控制器(3)中的蟻群算法對pid的三個參數 、t;、 l進行優化後，通過輸入模塊(4)控制執行器動作，調節水溫的變化，輸 出模塊(4)中的值通過溫度傳感器模塊(5)輸入到輸入模塊(1)與給定 值進行比較，從而重複優化pid的三個參數。
專利摘要本實用新型公開了一種基於蟻群算法的PID溫度控制裝置，用於主動式太陽房的溫度控制中，主要包括輸入模塊、A/D轉換模塊、有基於蟻群算法的PID控制器模塊、輸出模塊和溫度傳感器模塊，該控制裝置採用了基於蟻群算法的PID控制，利用蟻群算法來優化PID控制器的三個參數Kp、Ti、Td，使其值達到最佳性能指標，從而改善了主動式太陽房控制系統的性能，增強了太陽房中溫度調節的平滑性，提高了太陽能在此系統上的利用效率，節省了常規能源的使用，降低了能耗。
文檔編號G05D23/20GK201247417SQ20082003005
公開日2009年5月27日 申請日期2008年8月25日 優先權日2008年8月25日
發明者於軍琪, 劉豔峰, 輝 吳, 宋曉鵬 申請人:西安建築科技大學