洁净室温湿度控制算法研究

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作者简介: 赵
钢 (9 2) 男 , 16 一 , 天津 市 人 , 副教 授 , 士 生 导 师 , 要 从 事 电 力 电 子 , 算 机 控 制 等 研 究 硕 主 计
46 3
西








报( 自然 科 学 版 )
第4 4卷
统, 一级 表冷器 、 级表 冷器 、 热器 、 二 加 加湿 器 以及 变频 风机 等环 节. 中 TV 为 电动 调节 阀 , 图 HE为相对 湿 度传 感器 , E为 温度传 感 器. 系统 使用 一 次 回风 , 用定 风量 定露 点 自动 控制方 式 . T 该 采 其特 点 是送 风
量 不变 , 通过 改变送 风温 、 湿度 来满 足室 内负荷 变化 的需要 .
在 图 1中 , 制系统 根据 温湿度 信号 , 控 通过 调节 相应 的电动 调节 阀开度 , 控制 室 内温湿 度. 由于气 候 及 天气 变化等 因素 , 净化 空调 系统运 行模 式有夏 季模 式和冬 季模 式. 文 以夏季 运行模 式 为例进 行分 析 本 研 究. 夏季 相对 湿 度较 高 , 回风相 对湿 度 大于 5 时对 新 风进 行 降温 除湿 . 过 降温 除湿 后 , 当 5 经 为达 到
结翟 果

解 . zP - i相 合 控 方 №: i : : 耦 F z IS t 结 的 制 s: 。 P uyD mh 。
8以 1牡 帙I 图 解 系 P-i i、t 可看 相 幽 6 耦 统Im 仿p果 士 D te 结s Sh真ny 图 du g c…。 o s l
采 用 P D控制 、 糊控制 、 进型 S t I 模 改 mi h预估 补 偿算 法 相 结合 的控 制 策 略 , 合 三 者 控 制优 势 , 究 温 综 研
湿 度 系统 的控制 性能 .
1 净 化 空调 控 制 系统 简 介
图 1 示 为该制 药厂 净化 空调 系统 , 所 其组成 包 括初 效过 滤 器 、 中效 过 滤 器 、 高效 过 滤器 三 级 过滤 系
度、 相对湿 度 的超 调 量 较 大 , 动态 调节 性 能 较 差 , I - P D
S t mi h控制不能满 足室 内温湿度控 制的要求.
为 了解 度 系统 中的
不 足 , 善 系 统 调 节 的 动 态 性 能 , F zy I —mi 改 将 uzPDS t h 控制 策略 应用 于解 耦 系统 中 , 系统 仿 真 如 图 7 其 仿 真 ,
方法. 该方 法原 理和结 构简单 , 于实现 , 湿度解 耦控 制框 图如 图 35 . 易 温 【]
温 广— 检— 蝈 {i ] —— 温测 —— 度l 卜
相对湿度 。 回风相对
释 团啦 —蚺
图 2 温 湿 度 耦 合 示 意 框 图
Fi 2 Co p i g o e p r t r ih h m i iy g. u ln ft m e a u e w t u d t
间 的温 湿 度 控 制 , 用 了前 馈 补偿 器 , 糊 PD 控 制 与 改 进 型 S t 估 补 偿 算 法 相 结 合 的 控 制 方 案 , 高 温 采 模 I mi h预 提 湿 度 实 时 控 制 性 能 . 真 结 果 表 明 , 方 案 解 决 了温 湿 度 系统 耦 合 问题 , 高 了 温 湿 度 控 制 精 度 , 得 较 好 的 仿 该 提 获
图 1 洁净 室净化 空调 系统 图
Fi . Cl a - o m i c d t ni g s s e g 1 e n r o a r on i o n y t m i
收 稿 日期 : 0 2 0 — 2 2 1 - 2 2
修 改 稿 日期 : 0 20 — 3 2 1 — 50
室 内温 湿度要 求 , 需要进 行相应 的热湿补 偿. 是补偿 过程 但
中温度 的升 高会引起 相对 湿度 的降低 , 相对 湿度 的变化 也会 引起 温度 的 波动 , ] 即存在 耦 合 作用 .
为达到 洁净 空气温 湿度 的精确 控制 , 需对 温湿度 耦合 系统进 行分 析研 究.
Fi . S mu a i n o g 7 i l to fFuz y PI S t e o p i g s s e z D- mih d e u l y t m n
由于洁净 室 的温湿 度系统 是个 时变 控制 系 统 , 天气 变 化 、 作人 员 及 洁净 室 系统 等 因素对 室 内空 工 气造成 扰 动 , 被控 对象发 生变 化.温度 的变 化 也会 引 起 相对 湿 度 的变 化 , 此选 取 温 度对 象 , 其 进 使 因 对 行下 面 的研 究 , 加随 机扰动 , 变参数 , 改 将预估 器 的 r 6 一3 0该 为 r 3 , 阶系 统 中 的 2 4 . 7 该 为 一3 0 二 13 0s 4 4 . 7 通过 仿 真手段 , 13 0s, 分析 研究 三种情 况 F zyP D S t 制策 略是否 具有 可行性 .仿真 结果 如 uz I — mi h控 图 9 1 , 以看 出温湿 度 曲线 ( 比图 8 几 乎没 有发 生变化 , 统抗 干扰 能力强 , ~ 1可 对 ) 系 鲁棒 性好 .
Y2s ()一 X2 sG () 2() X1sG 1 ) F l ) 2() G 1 5] () sG 2 5 + () d ( [ 2( G 25 + 2() () 1
要 实现 系统解 耦 , 即使 Y ()不受 X s 作 用 的影响 , () 从上式 得 到前馈 补偿器 如式 ( ) 利用该 式 可实现 2. 系统完 全解耦 , 解耦 后 的系统成 为独 立 的单 回路 控制 系统 . 达 到温 湿度 精 确控 制 的 目的 , 为 除对 系 统进 行 解耦 外 , 需对解 耦后 系统 的控 制算法进 行分 析研 究. 还
控制效果.
关 键 词 : 湿 度耦 合 ; 耦 ; 温 解 前馈 补偿 ; 糊 P D控 制 ;S t 估 补 偿 模 I mi h预
中 图分 类 号 : P 7 T 23 文献标志码 : A 文 章 编 号 : 0 67 3 ( 0 2 0 — 4 50 1 0 — 9 0 2 1 ) 30 3 — 6
21 0 2年 6月
Jn 2 1 u. 02
洁 净 室 温湿 度 控 制 算 法 研 究
赵 钢 , 盼 盼 张
(. 津理工大学天津市复杂控制理论与应用重点实验室 , 1天 天津 3 0 8 ) 0 34

要 : 常 洁 净 室 温 湿 度 系 统 具 有 大 时 滞 、 变 及 耦 合 性 , 以建 立 精 确 数 学 模 型 . 文 针 对某 洁 净 制 药 车 通 时 难 本
控 制技 术. I P D控 制稳 定性好 , 对 于工况 及环 境变 化 的适 应性 差 , 但 且对 大时滞 、 强耦 合控 制对 象 的控 制
效 果不 理想 ]本 文对某 制药 厂净 化空 调控 制系 统进行 分 析研 某 制 药 厂净 化 空调 控 制 系统 进 行分 析 研 .
究 . 达到制 药 车间温 湿度 精确 控制 的要求 , 为 设计 了前馈补 偿器 解 除温湿 度之 间的耦 合 , 在此 基础 上 , 并
F2 ( )一 一 s
L 2 s J2
( 2)
3 温 湿度 控 制策 略分 析研 究
洁 净室 温湿 度系统 具有 大时滞 性 、 时变性 , 以建立 精确 数 学模 型 , 对温 湿 度 的控 制 精度 要 求 严 难 且 格 . 中央 空调控 制系统 中 , I 控制器 是应 用最广 泛 的一 类 控 制器 , 定 性好 , 作 可 靠 , 在 PD 稳 工 其局 限性 在 于要求 建立 被控对 象精 确 的数 学模 型 , 于大 时滞 、 对 时变 系统 , 制效 果不 能满 足要求 , 控 且对 工况 及环 境 的变化 适应性 差 , 一组 整定好 的 P D参 数不 能满 足 系统要 求 [ . 糊 控 制 , 用 于解 决 非 线性 、 变 性 I 7模 ] 适 时
第4 4卷
第3 期
西 建 科 技 学 报( 然 学 安 筑 大 学 自 科 版)
J Xi n Un v o c . & Te h ( aua SineE io ) . i. fAr h a c . N trl c c dt n e i
Vo . 4 NO 3 14 .
问题 , 不需要 知道 被控对 象 的精确 数学模 型 , 由模糊 控制 规则 , 能根 据变 化 实 时地 进行 在 线 自动调 整 控
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西








报( 自然 科 学 版 )
第 4 卷 4
对该耦 合系统进行前馈 补偿解耦 , 在此 基础上 采用 PD S t I -mi h控制策略 时 , 其仿 真结 果如 图 6 示.图 中 1 所 为温度 曲线 , 2为相 对湿度 曲线 .在 图 6中可 以看 出 , 温
案 , 除 了温 度对 相对 湿 度 的耦合 影 响 , 统 调节 消 系 时 间明显 减少 , 超调 量也 明显减 小 , 化 了系统 响应 的动 、 态性 能 , 到 了 比较理 想 的控制 效果 ] 优 静 达 .
图 7 解 耦 系 统 F zyP D S t u z I —mi h仿 真 图
2 洁 净 室温 湿度 耦 合 系统 研 究
夏 季运 行模式 时 , 露点 净化 空调控 制 系统 , 过降 温除湿 , 定 通 加热 、 加湿 补偿 过程 实现 洁净空 气温 湿 度 的调 节. 湿度 的调节 过程存 在耦 合作 用 , 互影 响. 用不 同 的湿 度补偿 方式 , 温度 的影 响程度 不 温 相 采 对 同 , 等温加 湿 , 有 等焓加 湿等 . 用于 式蒸 汽 加 湿器 或 电加 湿 器 等加 湿 , 入蒸 汽 温 度 为 1 0 左 右 , 认 喷 0℃ 可 为该状 态变 化为 等温过 程 , 忽略加 湿过程 对温 度 的影响¨ . 3 为简 化控 制 , ] 本文 采用 等温 加湿方 式 . 在加 热 过程 中 , 度 的升高会 引 起 相 对 湿度 的 降低 , 般 温 度 每 上 升 1 , 对 湿 度 下 降 2 ~ 3 ( eaie 温 一 ℃ 相 R lt v h mii , u dt RH)4, 种耦合 影 响不可 忽略. 上分 析 , 洁净 室温 湿度 系统 中 , y Ⅲ 这 ] 综 在 耦合 通 道存 在 一条 , 即温
L — — —一相 湿 检测 — — — — 对 度 —
图 3 温 湿 度 前 馈 解 耦 控 制 框 图
Fi . Fe d f r r e o p i g c n r l g 3 e — o wa d d c u l o t o n
由图 3 到 Y () 出如式 ( )所示 ( 合通 道视 为扰 动通道 ) 得 输 1 耦 :
洁净室 技术 广泛 应用 于半导 体制 造 、 品生 产 、 物 制药 等 对生 产 环 境有 严 格要 求 的领 域 . 中洁 食 生 其
净 室 的温湿 度是衡 量 室 内环 境 能否用 于正 常生产 运 行 的一 个重 要 指标 . 净 室温 湿 度 系统 是 一个 大 时 洁
滞、 时变 、 强耦 合 系统 , 难 以建 立精 确 数 学模 型. 阶段 净 化空 调 控制 系统 大多 数 仍 采用 传 统 的 P D 且 现 I
度对相 对湿 度 的影响 , 制 原理示 意 图如图 2 控 .
由 于被控量 之 间存 在耦 合 , 明显 地降低 系统 的控 制精 度 和 可靠 性 , 了得 到 满 意 的控 制效 果 , 会 为 需
要对 温湿度 系统 进行解 耦 . 本文 的解耦 方案 为设计 前馈 补偿 器 , 前馈 补偿 解耦 是多 变量解 耦控 制 的常用
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