一種基于雙溫雙壓濕度發(fā)生原理的濕度穩(wěn)態(tài)精度提高方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于雙溫雙壓濕度發(fā)生原理的濕度穩(wěn)態(tài)精度提高方法，該方法具體如下4個(gè)步驟：步驟一：獲得被控對象傳遞函數(shù)的一階慣性延遲表達(dá)式；步驟二：導(dǎo)出被控對象在PI(比例積分)控制器作用下穩(wěn)態(tài)振蕩幅度的關(guān)系表達(dá)式；步驟三：確定PI控制器參數(shù)Kc和τi對穩(wěn)態(tài)振蕩幅度a的影響機(jī)理；步驟四：調(diào)節(jié)PI控制器參數(shù)，對控制系統(tǒng)被控量穩(wěn)態(tài)振蕩幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明構(gòu)思科學(xué)、巧妙，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，自適應(yīng)和實(shí)時(shí)性強(qiáng)，為濕度精密控制過程提供了一種操作簡便、快速、低成本的穩(wěn)態(tài)精度提高方法，為實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)的精密控制提供了一條新的途徑。
【專利說明】一種基于雙溫雙壓濕度發(fā)生原理的濕度穩(wěn)態(tài)精度提高方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于雙溫雙壓濕度發(fā)生原理的濕度穩(wěn)態(tài)精度提高方法。該方法能 實(shí)現(xiàn)通過動(dòng)態(tài)調(diào)整控制器參數(shù)提高濕度的穩(wěn)態(tài)控制精度。屬于自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 濕度是濕度發(fā)生器、氣候觀測綜合計(jì)量檢定系統(tǒng)、卷煙、電子產(chǎn)品生產(chǎn)等場合需要 精密控制的參量，濕度穩(wěn)態(tài)精度的控制對產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有重要意義。目前濕度發(fā)生原 理主要有：熱力學(xué)方法（雙溫法、雙壓法、雙溫雙壓法）、雙流法、膜滲透法和化學(xué)方法，鑒于 后3種方法均涉及到氣體質(zhì)量流量及干氣體低含水量等參數(shù)，難于實(shí)現(xiàn)較高的精度和寬的 濕度范圍，而雙溫雙壓法有利于拓展?jié)穸劝l(fā)生器的濕度量程，控制方法靈活，準(zhǔn)確度高，在 對濕度精度要求高和對溫度、氣體壓力和濕度綜合控制的多參量系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。然而對 濕度精密控制就需要有相應(yīng)的高精度的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，高精度傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)一方 面價(jià)格高，另一方面無論多高精度的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于實(shí)際控制系統(tǒng)受執(zhí)行機(jī)構(gòu)和 傳感器死區(qū)及分辨率的影響使得各個(gè)被控量在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)并不能準(zhǔn)確的穩(wěn)定在設(shè)定值，而 是在平衡位置附近以一定幅度一定周期波動(dòng)，各個(gè)被控量的穩(wěn)態(tài)振蕩幅度、振蕩周期和振 蕩相位這3個(gè)參數(shù)并不相同，這3個(gè)參數(shù)波動(dòng)情況的不同會產(chǎn)生不同的穩(wěn)態(tài)控制精度，如 果通過動(dòng)態(tài)調(diào)整控制器參數(shù)使各個(gè)被控量的穩(wěn)態(tài)振蕩幅度降低，從而獲得較高的穩(wěn)態(tài)控制 精度，這種在不增加任何硬件成本和不改變硬件結(jié)構(gòu)情況下使穩(wěn)態(tài)控制精度得到提高的方 法，具有一定現(xiàn)實(shí)意義。由雙溫雙壓濕度發(fā)生的相對濕度計(jì)算公式：
[0003]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于雙溫雙壓濕度發(fā)生原理的濕度穩(wěn)態(tài)精度提高方法，其特征在于：該方法具 體步驟如下： 步驟一：獲得被控對象傳遞函數(shù)的一階慣性延遲表達(dá)式； 實(shí)際控制系統(tǒng)中，溫度和壓力控制系統(tǒng)可表示成一階慣性延遲系統(tǒng)或通過模型降階方 法簡化為一階慣性延遲系統(tǒng)，一階延時(shí)慣性過程傳遞函數(shù)可表示為：
(2) 其中，k為放大倍數(shù)，τ為時(shí)間常數(shù)，Θ為系統(tǒng)延遲； 通過階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，可確定（2)中的k、τ和Θ3個(gè)參數(shù)的值，即獲得被控系統(tǒng)的一階 慣性延遲系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表達(dá)式； 步驟二：導(dǎo)出被控對象在ΡΙ (比例積分）控制器作用下穩(wěn)態(tài)振蕩幅度的關(guān)系表達(dá)式； (1)穩(wěn)態(tài)振蕩幅度的表達(dá)式的導(dǎo)出 受限制（低）輸入分辨率的反饋控制會導(dǎo)致極限環(huán)；對輸入分辨率的一個(gè)簡單的代表 就是使用一個(gè)被量化的輸入；量化器的輸出為 uq = q · round (u/q) (3) 其中，u和u,分別為量化器的輸入和輸出；q為量化步長，這里量化器代表受限的執(zhí)行 機(jī)構(gòu)分辨率；round為取整函數(shù)； 帶有量化器的反饋系統(tǒng)中，G(s)為控制對象（過程）傳遞函數(shù)，K(s)為控制器，y和r 分別為過程輸出和參考輸入，u為被控量；由于執(zhí)行器低分辨率導(dǎo)致了階梯式的輸入，從而 使得控制對象輸出y以幅度a(從波谷到波峰的總幅度）在平衡位置震蕩； 含有量化器的反饋系統(tǒng)中，若控制器中有積分作用存在，則極限環(huán)是不可避免的； 穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出y的平均值等于參考輸入r，即yss = r，> = ，對應(yīng)的輸入
(4) 其中G(0)為過程的穩(wěn)態(tài)增益，由于測量噪聲的存在，一般情況下，uss不可能正好等于 量化器級別1，則量化器輸出u,必然至少在兩個(gè)量化器級間震蕩； 假定該過程由周期性持續(xù)輸入u(t)信號激勵(lì)；該信號由不帶遲滯環(huán)的繼電器產(chǎn)生；其 中qi、q2為極限值，h為u,保持qi的時(shí)間，T為振蕩周期（T = h+t2)，該信號可表示為頻域 上一系列時(shí)延項(xiàng)；不失一般性，假定q2 = 〇, Qi = Q，則：
將此信號作用到式（2)表示的過程，輸出信號會出現(xiàn)震蕩；震蕩的最大（?。┲荡嬖谟?集合? = |，=，] +7?Γ +沒,VmeTV}，最?。ù螅┲荡嬖谟诩? = {?卜=講了 + (9,/講€；#};在 θ +Τ < t < Θ +ti+T范圍內(nèi)最大值為 轉(zhuǎn)換到時(shí)域得 (6) _>(0 -fo/(l -e'"e'T)lT +e{t'0'u)lT +e{t'e)lT) (7) 這樣，最大（?。┲禐? v(n+T+^)r+^y ： +c^(, Τ)Γ) (8) 因此，最大（?。┲悼蓴U(kuò)展為 J-,W! -%(1 -^,?ν + βτ!τ + β<Λ +Τ),τ +e2T,T+·?·) (9) 即 .vvu： -^(l-c^1 r)(l+^-y r+c^-：/ *+c-iy r···) (10) 當(dāng)n-c?時(shí)，（e^)n-〇,式（9)的有限和為
(ID 則
(12) 同樣地，可導(dǎo)出在e+h+Tsts Θ+2Τ范圍內(nèi)最大值：
(13) 震蕩幅度a = yextl_yext2，即
(14) 式（14)中a依賴于&和T，為此必須確定它們的值； ^心和！1的導(dǎo)出
u(s) = K(s) [r(s)-y(s)] (15) 其中[(5)=1( ^^·)，r(s)=G(s)uq(s)， TlS
(16) 考慮PI控制器，將式（16)代入（15)，并轉(zhuǎn)換成時(shí)域形式，則有
(17) 當(dāng) 0〈t〈tQ+0 時(shí)， (18) 在區(qū)間 t〇+ Θ <t<t〇+t!+ θ , (20) (19) 同樣地，對于區(qū)間 1：。+!^+ Θ〈iXta+ti+t；^ θ， 上式中： 其中

(21) 其中round為取整函數(shù)； 將 t = t0, t = to+tp t = to+i^+i^ 分另U代入式（18), (19), (20)得：
(72) (23) (24) 由于 u(t。）=11(1^+1:) =11(1^+1^+1:2),結(jié)合式（22)?（24)，得：
(2.5)
(26) 特別地，當(dāng)τ = τ Σ時(shí)，式（18)?（20)可分別變?yōu)椋?br> (27)
Ρ8；)
(29) 由于 u(t。）= 11(1:。+!^) = uUo+ti+i^),將 t = t。，t = to+ti+ty t = to+h 分別代入式 (27)，（28)，（29)并求解得： (30)
(31) (32) 當(dāng)τ尹^時(shí)，對式（22)?（24)進(jìn)行數(shù)值求解，可得到&和1\然后代入式（14) 即可求得被控系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)振蕩幅度a ; 步驟三：確定PI控制器參數(shù)Kc和τ Σ對穩(wěn)態(tài)振蕩幅度a的影響機(jī)理； 通過實(shí)驗(yàn)和仿真確定Kc和τ Σ對穩(wěn)態(tài)振蕩幅度a的影響規(guī)律，為穩(wěn)態(tài)過程中通過適當(dāng) 調(diào)節(jié)Kc和τ Σ降低穩(wěn)態(tài)振蕩幅度a，提高穩(wěn)態(tài)控制精度奠定基礎(chǔ)； 步驟四：調(diào)節(jié)PI控制器參數(shù)，對控制系統(tǒng)被控量穩(wěn)態(tài)振蕩幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
【文檔編號】G05D22/02GK104156015SQ201410378002
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】李晉陽, 魏新華 申請人:江蘇大學(xué)