一种超大空间温度场PID控制器参数整定方法

标题：一种超大空间温度场PID控制器参数整定方法

摘要：一种超大空间温度场PID控制器参数整定方法，包括：1)确定超大空间温度场控制系统模型：求取超大空间温度场、换热器、电动调节阀及温度传感器的传递函数；2)搭建控制系统Simulink仿真模型：基于步骤1)求取的传递函数，在MATLAB的Simulink工具箱中，设计PID控制器模型，设置采样周期，搭建超大空间温度场的PID闭环控制系统仿真模型；3)PID参数整定。本发明可减少经验凑试法获取PID参数整定值的时间，提高参数整定值的准确性，简单可靠。

申请号：CN201711229690.8

申请日：2017/11/29

申请人：中国飞机强度研究所

首项权利要求：1.一种超大空间温度场PID控制器参数整定方法，其特征为所述步骤包括：
1)确定超大空间温度场控制系统模型：求取超大空间温度场、换热器、电动调节阀及温度传感器的传递函数：
a)超大空间温度场传递函数
有纯滞后的超大空间温度场传递函数为
式(1)中的参数滞后时间τ1、时间常数T、放大系数K按以下方法计算：
其中N为温度场每小时的换气次数； (2)
T＝10τ1 (3)
其中a、b、h为温度场的长宽高； (4)
将超大空间温度场的参数代入式(1)、(2)、(3)、(4)，即求出温度场传递函数；
b)换热器传递函数
对于采用调节换热器入口盐水流量来控制出口空气温度的空调系统，换热器的传递函数为
式(5)中K1、τ2、τ3按以下方法计算：
其中，K’ 、F分别为换热器的传热系数和传热面积，G1、G2为换热器两侧流体的质量流量，c1、c2是换热器两侧流体的比热，T1i、T2i是盐水进入换热器和流出换热器的温度，W1、W2为换热器两侧流体的蓄存量；
将换热器的设计参数代入式(5)、(6)、(7)、(8)，即求出换热器传递函数；
c)电动调节阀传递函数
调节换热器入口盐水流量的电动调节阀的传递函数为：
式(9)中Δ(Q/Qmax)表示阀可调节的最大相对水流量变化值(％)，ΔV表示阀的输入信号变化范围；
将电动调节阀的参数代入式(9)，即求出电动调节阀传递函数；
d)温度传感器传递函数
温度传感器的传递函数为：
T1为时间常数；
2)搭建控制系统Simulink仿真模型：基于步骤1)求取的传递函数，在MATLAB的Simulink工具箱中，设计PID控制器模型，设置采样周期，搭建超大空间温度场的PID闭环控制系统仿真模型；
3)PID参数整定：依据临界比例度法，在步骤2)搭建的仿真模型中，将PID控制器的积分系数和微分系数设置为零，使控制系统只有比例环节，逐渐增大比例系数，直到系统响应为等幅振荡，记录此时的比例系数K’ p和临界周期Tk，根据临界比例度法经验公式计算出PID控制器参数整定值；临界比例度法经验公式见表1；
表1

专利类型：发明申请