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恒温恒湿试验箱自适应逆控制系统的研究

发布时间:2019/12/10   来源:www.ruihongshiye.com

恒温恒湿试验箱是目前工业生产中普遍使用的一种控制试验箱, 主要是一种控制温度和湿度在既定范围内的一种试验箱, 恒温恒湿试验箱的使用范围及其广泛, 在工业生产的各个领域都发挥着重要的作用, 在机械产品、电子产品、生物医药、化工原料、农产品、水产品等材料在不同的条件下的一种适应性试验工具。在实际的应用中, 恒温恒湿试验箱恒温恒湿试验控制系统的主要特点有多变量、非线性、大时滞、强耦合的特点, 是一种热工程系统。

在实践应用过程中系统中每个回路单独运行都较为正常, 但是从整个系统运行来看, 恒温恒湿试验箱控制系统就会出现不稳定的状态, 其主要的原因是系统具有耦合性的特点, 这些回路之间相互影响, 相互干扰就会导致整个系统出现不稳定的状态。如果能够通过完整的设计来提高整个系统的稳定性, 那么对于恒温恒湿试验箱控制系统的实践应用具有十分重要的意义。

1 恒温恒湿试验箱控制系统中存在的主要问题

1.1 控制回路较多, 且相互耦合

恒温恒湿试验箱控制系统是由多个回路组成的一种热控制系统, 其主要的组成部分有控制系统由温度、湿度和压力传感器、变风量控制器、风机变频器、加湿装置及其调节阀、表冷器及其调节阀、新回风调节阀等组成。系统中的控制回路包含送风温度控制、温度控制、相对湿度以及末端风管静压控制等多个控制回路, 较多的控制回路使得这些单独的控制回路之间具有较为复杂的联系, 干扰性较大, 这些回路之间具有较高的耦合性特点。

1.2 系统建模较难

系统模型的建立是整个系统自动控制以及系统辨识的前提条件和基础。目前恒温恒湿试验箱控制系统主要的建模方式有以下两种:第一种是解析模型, 这种模型的建立目的主要是为了研究空气流动、传热、传湿等热力学特性;第二种建模方式是经验模型, 这种模型主要是通过实验的结果以及实验中所使用的方式来获得的一种经验模型。解析模型和经验模型对于恒温恒湿试验箱控制系统的设计以及整个系统的改进都具有十分重要的作用和意义, 但是这两种模型都是从静态角度来考虑系统的控制。实际上, 温度的控制存在的主要特点是多变量、非线性、强耦合、大滞后、非稳态的复杂过程, 因此恒温恒湿试验箱控制系统就必须从动态的角度进行设计, 通过动态的设计来提高整个系统的稳定性。恒温恒湿试验箱控制系统模型的建立无法实现最优化, 其始终存在很多的问题, 建立一个较为完善的恒温恒湿试验箱控制系统数学模型是十分困难的, 对于控制效果具有负面的影响。

2 研究方案

2.1 研究内容和研究方法

2.1.1 研究内容

本文主要的研究内容有三个方面:第一, 恒温恒湿试验箱控制过程的实验研究与影响因素分析;第二, 建立恒温恒湿控制模型并通过相关软件进行计算机仿真;第三, 研制一台自适应逆控制的恒温恒湿试验箱。

2.1.2 研究方法

本文的研究方法主要是针对恒温恒湿试验手动控制、控制模型以及研制恒温恒湿试验箱。在本文的研究中, 首先选择一种恒温恒湿试验箱进行全方位的测试, 记录各项数据和指标;采用MATLAB和SIMULINK进行控制系统的仿真实验;根据已经建立的数据模型, 实现恒温恒湿试验箱的研制, 主要包括对系统制冷、加热、除湿、加湿、水箱、恒温恒湿等设备的研制。在研制的过程中, 将系统感应到的电压直接与一台适度控制器直接相连, 然后根据系统已经建立的恒温恒湿试验箱逆控制系统输出0-10V的电压对系统中的加热系统进行直接的控制, 在控制的过程中, 直接采用PWM的方法计算出通断频率, 在研制的过程中, 需要及时调节加湿系统的开关, 控制好系统开关的导通实践, 使得试验箱中温度能够保持恒定不变的状态。

2.2 实验方案

2.2.1 恒温恒湿试验箱手动控制过程实验

在实验之前, 首先根据实验的需要, 选择一种合适的恒温恒湿试验箱作为本次实验的测试对象。首先在测试之前, 不需要安装自动控制系统, 然后记录加湿、加热以及排风等方式的操作数据和测试数据, 在测试的过程中, 需要记录的内容主要有以下几个方面:运行时间、箱内湿度、箱内温度、排风流量、排风速度、环境温度和环境湿度等。

然后对记录取得的数据和资料进行单因素和多因素实验, 在实验的过程中, 对所记录的各种测试数据进行综合性的分析, 准确记录出各项参数的明感性, 并且需要通过非线性拟合的方式和方法来建立温度控制数学模型。

2.2.2 MATLAB控制系统仿真实验

在建立恒温恒湿试验箱逆控制系统数据模型之后, 需要利用MATLAB和sinmulink根据数据模型的原理和方法进行恒温恒湿逆控制系统仿真性实验, 主要包括的内容主要有:第一, 对恒温恒湿试验箱逆控制系统时滞时变系统无时滞跟踪的控制仿真;第二, 对恒温恒湿试验箱逆控制系统时滞时变系统跟踪的控制仿真;第三, 对恒温恒湿试验箱逆控制系统具有可测干扰系统的有前馈补偿的控制仿真。

3 结论

恒温恒湿试验箱在实践应用过程中存在很大的难题, 例如多变量、多变量、强耦合以及大滞后的控制问题, 这些问题的存在使得恒温恒湿试验箱在实践应用过程中的控制问题成为关注的焦点之一。本文通过对恒温恒湿试验箱控制系统过程的研究, 首先分析了恒温恒湿控制系统中存在的问题, 然后进行了实验方案的设计, 期望能够对恒温恒湿试验箱控制系统起到一定的参考意见。

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