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干化試驗機度數(shù)自扼制摹擬新型運算研討

[2012/12/11]

　　真空冷凍干燥機與其它干燥方法一樣，要維持升華干燥的不斷進行，必須滿足兩個基本條件，即熱量的不斷供給和生成蒸汽的不斷排除。在開始階段，如果物料溫度相對較高，升華所需要的潛熱可取自物料本身的顯熱。

　　基于參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制的真空冷凍干燥過程控制根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制器的原理，用于PID參數(shù)調(diào)整的模糊控制器采用二輸入三輸出的形式，如4所示。該控制器是以e和ec作為輸入，以△Kp、△Ki、△Kd作為輸出。將系統(tǒng)誤差e和誤差變化率ec變化范圍定義為模糊集上的論域，其論域均為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6｝，其模糊子集為{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB｝，同樣設(shè)定輸出量KP，KI，KD的論域為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，｝，其模糊子集為{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB｝。其隸屬度函數(shù)均為三角形如5所示。

　　隸屬函數(shù)在本控制系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)對各種擾動，反應(yīng)要快，對其參數(shù)的調(diào)節(jié)也要盡可能的快，因此根據(jù)參數(shù)Kp、Ki、Kd對系統(tǒng)輸出特性的影響情況以及工程人員的實際操作經(jīng)驗，針對不同的e和ec總結(jié)出了Kp、Ki、Kd整定的模糊控制規(guī)則表：表1△Kp的模糊規(guī)則表：表2的模糊規(guī)則表：表3的模糊規(guī)則表：根據(jù)模糊規(guī)則，應(yīng)用模糊合成推理可得到PID參數(shù)的修正量，代入如下自調(diào)整算式計算出新的PID參數(shù)：其中：為采用常規(guī)整定方法得到的Kp、Ki、Kd的預(yù)整定值。

　　系統(tǒng)的近似模型在2所示凍干試驗機干燥箱內(nèi)，設(shè)在dt時間內(nèi)倉內(nèi)溫度升高dT0(t)，由能量守恒定律可得熱平衡方程如下：其中：是物料溫度升高所吸收的熱量;是在dt時間內(nèi)通過倉壁向環(huán)境散出的熱量;是dt時間內(nèi)物料中的冰升華所需的熱量;是dt時間內(nèi)抽真空物質(zhì)減少所帶走的熱量;P(t)dt是dt時間內(nèi)加熱器輸入的熱量。

　　整理得到(1)由(1)式看出，真空冷凍干燥系統(tǒng)是一個一階慣性系統(tǒng)，由于等參數(shù)難以確定，所以很難給出精確的數(shù)學模型。通過試驗可用如下模型近似：4仿真分析在實際凍干試驗機系統(tǒng)的溫度控制過程中，分為升華干燥和解析干燥2個階段，升華干燥階段根據(jù)物料的不同，溫度期望值控制在-30～-10℃左右;解析干燥階段溫度期望值控制在40℃左右。6是通過對系統(tǒng)近似模型進行MATLAB仿真的結(jié)果，溫度期望值控制在40℃，因此誤差在系統(tǒng)起始時有最大值40℃，制定其溫度控制范圍為±0.5℃，根據(jù)現(xiàn)場的實時監(jiān)測，確定在一個采樣周期內(nèi)的誤差變化范圍為±0.3℃，變換因子可定為ke=12，kec=20。在PID控制中，Kp=0.02，Ki=0.005，Kd=0.2。

　　仿真結(jié)果從仿真曲線和性能指標可以看出，與常規(guī)PID控制相比，參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制方式獲得的響應(yīng)曲線具有較好的跟隨性，反應(yīng)時間加快，調(diào)節(jié)時間得到了明顯改善，因此在系統(tǒng)具有延遲及模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)不確定的情況下，參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制具有更佳的控制效果。

　　結(jié)論本文將模糊控制理論應(yīng)用于凍干試驗機的溫度控制系統(tǒng)中，設(shè)計出了參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制器，對具有非線性、大滯后等特征的溫度系統(tǒng)具有很好的控制作用，彌補了傳統(tǒng)的PID控制的不足。