模糊PID参数自整定技术及其在中央空调系统中的应用 | |
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| (点击题目可以在互联网中搜索该题目的相关内容)日期：2007-1-2 21:39:51 来源： 中国自动化网 作者： 点击： | |
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中央空调系统是一个复杂系统，其能耗占整个建筑能耗的50%以上，是耗能大户，目前的控制方式一般都采用传统的PID控制算法，其控制效果并不令人满意，浪费能源的现象严重，在系统的控制精度、稳定性和可靠性等性能方面，难以满足用户的需求。本文以某烟厂中央空调系统的工程改造为背景，讨论中央空调系统这个典型的多输入多输出、具有大滞后特性的非线性系统的控制问题。由于该系统是复杂系统，难以建立精确的数学模型，显然采用PID方式控制是不恰当的。文章提出采用基于自学习的模糊PID参数自整定技术，借助PID参数的在线模糊自整定，实时修改PID参数，确保系统在运行过程中始终处于优化状态，既满足系统技术性能指标要求又能最大限度地节约能源。以下是对某些关键技术问题的粗略讨论。 2 PID各参数对系统控制特性的影响 经典控制算法PID是传统的调节方式，也是当前中央空调系统采用的主要控制方法，要改进中央空调系统的性能，必须研究PID控制算法中各个参数对控制系统特性的影响，下面就PID调节的三个环节分别说明PID各参数对系统动、静态性能的影响。 比例环节的作用是减少偏差。比例系数 增大可以加快响应速度，减小系统稳态误差，提高控制精度。但 过大会产生较大超调，导致系统不稳定； 取得过小，可减少系统的超调量，使系统的稳定裕度增大，但会降低系统的调节精度，使系统的过渡过程时间延长。 积分环节用于消除系统的静态误差，提高系统的无差度，但会使系统响应速度变慢，使系统的超调量变大，并且可能导致系统产生振荡。加大积分系数 有利于减小系统静差，但过强的积分作用会使系统的超调量加剧，甚至引起振荡；减小积分系数 虽然有利于系统的稳定，避免系统产生振荡，减小系统的超调量，但对消除系统的静差是不利的。 微分环节能反映偏差信号的变化趋势，能在偏差信号值变得太大之前，引入一个有效的早期修正信号，有助于系统减小超调，克服振荡，使系统快速趋于稳定，提高系统的响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态特性。其缺点是抗干扰能力差，微分系数 的值对响应过程影响大，若增大 ，有利于加快系统响应，使超调量减小，增加稳定性，但会带来扰动敏感，抑制干扰能力减弱，若 过大则会使响应过程过分提前制动从而延长调节时间；反之，若微分系数 过小，系统调节过程的减速就会滞后，超调量增加，使系统响应速度变慢，导致系统的稳定性变差。 3 PID参数的整定原则及整定过程中存在的问题 3.1 PID参数的整定原则 在PID控制系统中，均以典型二阶系统数学模型居多，其典型响应曲线如图1所示，温度偏差 ，偏差变化率 ，现分段分析PID控制算法中各个参数的整定原则。  图1 典型二阶系统的响应曲线 （1） OA段（e>0,ec<0），该时间段为系统在阶跃控制信号作用下，系统由静态到动态再向稳态转变的关键阶段。由于系统惯性的影响，决定了这一段曲线只能呈倾斜方向上升。在此阶段e>0，且呈减小趋势，由于ec<0，e的绝对值呈减小趋势。为了获得较好的控制性能，在OA段应采用变增益控制。若采用固定的比例控制方式，当输出达到稳定值时，由于系统本身的惯性所致，系统不可能保持在稳态值而势必超调。为了使系统输出响应既快又不出现较大超调，可将OA段再分为三段，即OI，IJ和JA段。在OI段，e较大，为加快响应速度并防止开始时偏差e瞬间过大，可取较大的 和较小的 ，为了防止积分饱和，避免系统响应出现较大的超调，应当去掉积分作用（即 ）或降低积分的作用。在IJ段，为了降低系统超调， 、 和 都不能太大，应取较小的 值， 和 值的大小要适中，以保证系统响应速度。在JA段，调量变化有减小偏差的良好发展趋势，应当减小比例系数 并增大积分系数 的值，为避免系统在设定值附近振荡，并考虑系统的抗干扰性能，应适当选取 值，通常情况下微分系数选择中等大小为好。 |
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