温度控制系统研究背景与现状.doc

课题研究的现状分析湿度控制方法和技术按照控制的对象和目标可以分为静态控制和动态控制，所谓静态控制是指控制的湿度恒定，且要求其波动幅度（即稳态误差）不能超过某一给定值。所谓动态控制是指控制的湿度可以在某个范围内进行调节，比如在温室内湿度的控制、空调房内湿度的控制、电子产品生产车间内湿度的控制等所控制的湿度都是在某个一个范围之内。从湿度控制的发展历程看，湿度控制方法一般有如下几种：一是恒定湿度自动控制法，就是通过微处理器和必要的硬件电路的设计，通过比较电路或者软件的判断语句来来比较设定湿度值与当前的湿度值间的关系，进而对系统系统采取必要的措施，来控制开关通断。若设定湿度比当前湿度值高，则开启加湿器，否则关闭，这种方式不适合高精度湿度的控制；二是PID控制设计方法，这种方法是由美国的Minorsky提出的基于输出反馈的比例积分微分，所设计的PID控制器以其结构简单、操作方便等特点，在大多数控制过程中获得满意的控制效果并且得到了广泛的应用，随后1935左右，Nyquist和Bode研究稳定性理论，重点考虑了模型的不确定性，并利用反馈来减少系统对干扰和模型误差的灵敏度，所设计的PID调节器在工业控制对象都能达到较好的控制效果，但它依赖于对象模型，对于滞后、时变系统、非线性控制效果不理想等；三是华裔科学家傅京孙，在1971年提出了智能控制系统（Intelligent Control Systems），并在1985年召开了第一届智能控制学术讨论会，这次会议的只要议题是智能控制原理和智能控制系统结构，自此在过去的20多年里，智能控制理论发展迅猛，出现了大量新颖的控制理论。智能控制系统是某些具有仿人智能的工程控制和信息处理系统，它与人工智能的发展紧密联系。智能控制是一门新兴的交叉前沿学科，它具有非常广泛的应用领域。智能可定义为:能有效的获取、传递、处理、再生和利用信息，从而在任意给定的环境下成功的达到目的的能力。人工智能是应用除了数学式子以外的方法把人们的思维过程模型化，并利用计算机来模仿人的智能的学科。它的应用范围远比控制理论广泛，如包括判断、理解、推理、预测、识别、规划、决策、学习和问题求解等，是高度脑力行为和体力行为的综合。智能控制就是应用人工智能的理论与技术和运筹学的优化方法，并将其同控制理论方法与技术相结将智能控制与PID控制相结合，实现湿度的智能控制。智能控温法采用神经元网络和模糊数学为理论基础，并适当加以专家系统来实现智能化。其中应用较多的有模糊控制、神经网络控制以及专家系统等。尤其是模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广泛的应用。目前已出现一种高精度模糊控制器，可以更好的模拟人的操作经验来改善控制性能，从理论上讲，可以完全消除稳态误差。所谓第三代智能温控仪表，就是指基于智能控温技术而研制的具有自适应PID算法的湿度控制仪表。目前国内温控仪表的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别.主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪在全量程范围内湿度控制精度低，自适应性较差。这种不足的原因是多方面造成的，如针对不同的温控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定等。2.4 国内外实例甘肃大学的赵紫静研究了一种基于PID湿度控制技术的X射线发生器。这种发生器需要将其精度控制在0.5左右，才能保证器件输出的X射线波长不发生超出要求的飘移，否则，X射线波长的超范围飘移将使整个设备难以正常使用7。在温控过程中，由于难以建立控制对象的精确数学模型，所以可以用PID技术根据预先设定好的控制规律不停地自动调节控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过渡，最后达到控制范围精度内的稳定动态平衡。模糊湿度控制是基于模糊逻辑描述的控制算法，主要嵌入操作人员的经验和直觉知识。它适用于控制不易取得精确数学模型和数学模型不确定或经常变化的对象。武汉科技大学信息科学与工程学院的贾静云等将模糊PID湿度控制技术运用在烟气加热炉炉温控制系统中，使得烟气加热炉的运行状况和维护条件得到了明显的改善，提高了喷煤比和设备开机率，降低了能耗和设备故障次数，很大程度地提高了生产效率8。中国内蒙古科技大学信息工程学院的董志学等研究了一种基于模糊PID湿度控制系统的热分析仪控制策略，结合了模糊控制技术和PID控制技术，提高了对控制对象的适应能力，进而提高了湿度控制的精度。数字PID控制则是一种是以微处理器为基础,综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术的智能控制。海军航空工程学院基础实验部的李建海等设计了一种上位机监控采用组态软件，下位机采用西门子PLC的电路智能湿度控制系统，实现了智能控制、闭环控制、多控制功能为一体的综合控制系统。昆明理工大学信息工程与自动化学院的王清海等在锅炉湿度控制研究中将神经网络PID与LabVIEW人及交互结合，实现对锅炉湿度的数据采集、控制和现实，提高了锅炉温控系统的效率。英国的Hamid等将PID控制器应用到冰箱的湿度控制中，通过使用MATLAB/Simulink软件仿真和误差分析图的方式与传统的ON-OFF控制做了细致的比较。结果表明，PID控制无论是在精度和控制性能方面都优于ON-OFF控制。日本Komatsu