過(guò)程辨識(shí)與PID自整定理論及其在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、比例-積分-微分(PID)是在工業(yè)過(guò)程控制中最常見(jiàn)的一種控制算法。由于PID控制算法簡(jiǎn)單、在實(shí)際中容易被理解和實(shí)現(xiàn)，因此它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，許多高級(jí)控制都是以PID控制為基礎(chǔ)的。但PID參數(shù)的整定一般需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員來(lái)完成，既耗時(shí)又耗力，加之實(shí)際系統(tǒng)千差萬(wàn)別，又有滯后、非線性等因素，使PID參數(shù)的整定有一定的難度，致使許多PID控制器沒(méi)能整定的很好，這樣的系統(tǒng)自然無(wú)法工作在令人滿(mǎn)意的狀態(tài)，因此研究自整定PID控制

2、具有重要意義。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)對(duì)生活環(huán)境的質(zhì)量提出越來(lái)越高的要求，樓宇建筑物已經(jīng)由簡(jiǎn)單的庇護(hù)場(chǎng)所發(fā)展到舒適、健康、節(jié)能的自動(dòng)化和智能化的綠色建筑。而相應(yīng)的建筑能耗也在逐年增加，在建筑能耗中，暖通空調(diào)系統(tǒng)所耗費(fèi)的能量占大樓消耗總能量的30％-50％，而且呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此在國(guó)際能源日益匱乏的情況下，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)控制的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。暖通空調(diào)系統(tǒng)控制的研究是針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)回路的控制器的設(shè)

3、計(jì)和優(yōu)化，良好的控制方法既能滿(mǎn)足人們對(duì)環(huán)境舒適度要求又能夠達(dá)到節(jié)約能源的目的。總結(jié)全文，論文的主要內(nèi)容可以概括如下： 1、總結(jié)出了HVAC系統(tǒng)中常見(jiàn)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的繼電反饋試驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ呐袆e方法。 基于繼電反饋技術(shù)的系統(tǒng)辨識(shí)和控制器整定的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此繼電反饋試驗(yàn)?zāi)芊癯晒惋@得尤為重要。針對(duì)HVAC系統(tǒng)中常見(jiàn)的滯后過(guò)程、右半平面有零點(diǎn)的過(guò)程和開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定過(guò)程等幾類(lèi)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的繼電反饋試驗(yàn)做了分析與研究，并總結(jié)出了這

4、幾類(lèi)系統(tǒng)繼電反饋試驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ呐袆e方法，為基于繼電反饋的過(guò)程辨識(shí)和控制器整定的成功進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。 2、提出了一種面向HVAC工程應(yīng)用的多變量過(guò)程辨識(shí)方法。 與單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)相比，多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的控制要復(fù)雜且困難的多。針對(duì)HVAC系統(tǒng)中的多變量過(guò)程提出了一種面向HVAC工程應(yīng)用的兩輸入兩輸出(TITO)過(guò)程的在線閉環(huán)辨識(shí)方法，該方法通過(guò)兩個(gè)改變?cè)O(shè)定值的階躍測(cè)試，估計(jì)出過(guò)程在感興趣的相位滯后為x

5、處的頻率響應(yīng)，通過(guò)在頻域中模型匹配辨識(shí)出過(guò)程的傳遞函數(shù)矩陣。該辨識(shí)方法只需要過(guò)程的輸入輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)，不需要過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的先驗(yàn)知識(shí)，而且該法可以推廣到多變量過(guò)程(MIMO)中去。典型例子的仿真結(jié)果證明了此方法的有效性和實(shí)用性。 3、提出了一種積分過(guò)程的PID控制器自整定方法。 針對(duì)積分過(guò)程給出了簡(jiǎn)單、實(shí)用的PID控制器自整定方法，并在HVAC系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中進(jìn)行了成功應(yīng)用。該方法首先辨識(shí)出對(duì)象的模型，然后根據(jù)模型基于魯棒性

6、能指標(biāo)設(shè)計(jì)PID控制器。該方法的主要思想是采用雙回路控制結(jié)構(gòu)和基于魯棒性能指標(biāo)的控制器設(shè)計(jì)方法，從而可以克服傳統(tǒng)PID控制器在控制積分過(guò)程時(shí)存在的結(jié)構(gòu)上的局限性，然后通過(guò)簡(jiǎn)化控制結(jié)構(gòu)得到設(shè)定值加權(quán)PID控制器參數(shù)的整定公式。仿真結(jié)果和HVAC系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明了該方法的有效性和實(shí)用性。 4、基于PIC18f452開(kāi)發(fā)了一智能在線式手持PID參數(shù)整定儀。 利用現(xiàn)有的PID參數(shù)整定理論，基于PIC18f452模塊，開(kāi)發(fā)

7、了智能在線式手持PID參數(shù)整定儀，該整定儀體積小，攜帶方便，工程師利用它可以節(jié)省PID控制器整定時(shí)間，提高工作效率。該整定儀在變風(fēng)量HVAC系統(tǒng)過(guò)程控制中進(jìn)行了應(yīng)用，并給出了實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，結(jié)果表明該整定儀可以快速地整定出PID參數(shù)，并且整定后的PID控制器具有良好的控制效果。目前該產(chǎn)品正準(zhǔn)備申請(qǐng)專(zhuān)利。 5、基于Visual C++和JAVA開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了基于Internet的PID自整定系統(tǒng)。 工業(yè)以太網(wǎng)是一種新興的基