[發明專利]一種多溫區爐綜合控制系統及方法

無效

• 申請號: 201010548496.8
• 申請日: 2010-11-17
• 公開（公告）號: CN102466412A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 于強
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: F27D19/00
• 分類號: F27D19/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明涉及溫度控制領域，具體的涉及一種空間科學實驗中多溫區爐綜合控制系統及方法。

背景技術

目前我國尚無空間多溫區爐綜合控制系統。以往的系統辨識、控制參數整定都是通過離線的方式完成的。要將一支樣品所需要的溫度控制在它所要求的穩定度上，需要首先對控制對象進行系統辨識，然后對辨識數據進行處理，找到最接近于控制對象的數學模型。用此數學模型和溫度控制曲線整定出PID控制參數，使用此參數對系統進行實驗。如果溫度穩定度達不到要求，則更換一組PID參數再進行實驗。通常需要一個月左右的時間才能夠完成一支樣品的溫度控制要求。如果有多支樣品，則需要很長時間才能夠完成全部樣品的溫度控制工作。

發明內容

本發明的目的在于，為克服目前尚無空間多溫區爐綜合控制系統導致的需要很長時間才能完成一支樣品的溫度控制要求，從而提供一種多溫區爐綜合控制系統及方法。

本發明的一種多溫區爐綜合控制系統，所述的系統包括：

系統辨識模塊，用于進行被控對象的系統辨識實驗，獲得被控對象的輸入輸出數據；

模型仿真模塊，利用系統辨識模塊得到的數據，選定被控對象模型并進行模型的仿真，得到最終的被控對象模型函數；

參數整定模塊，根據溫度控制曲線和辨識出的對象模型，計算出用于PID控制的P、I和D控制參數；

控制算法仿真模塊，用于將溫度控制算法和得到的被控對象的模型函數進行仿真，并根據仿真結果進行控制參數的調整，得到該控制算法最優的控制參數；和

實時控制模塊，用于將由仿真得到的最優控制參數應用到實際的被控對象上進行實時的控制，并在線調整控制參數得到最終的控制系統的控制參數。

其中，上述技術方案所述的控制系統還包含下位機模塊，用于執行控制系統中的控制命令；控制系統提供實驗數據存儲數據庫、圖形分析界面、串口調試工具、輸入文件格式化工具、傳感器信號和溫度之間的轉化工具。該系統具有實驗數據存儲數據庫，可存儲系統辨識實驗、系統控制實驗的實驗數據，為系統分析提供原始的數據資料。該系統具有記錄溫度曲線、模型參數、整定數據的功能，當用戶完成辨識、整定、仿真、調試之后，所有的結果都可以存儲在文件中。該系統提供完善的圖形分析界面，在系統建模、參數整定、仿真、在線控制等各個階段，都將結果以圖形的方式顯示給用戶，而且可以將有用的數據、圖形保存下來。可視化的圖形操作，為用戶提供了對不同控制參數進行比較的簡便途徑。該系統可適用于多種溫度傳感器構成的溫度控制系統，例如各種規格的熱電偶、熱敏電阻等，使用不同的溫度傳感器，只需要在系統中選擇相應的傳感器型號即可。該系統還提供了一些便于工作的簡單工具，例如串口調試工具、傳感器信號和溫度之間的轉換工具、輸入文件格式化工具等。該系統的下位機，用于執行多溫區爐綜合控制系統中的控制命令，并采集多溫區爐中的溫度數據，將這些數據傳給多溫區爐綜合控制系統中的數據處理單元，作為建立數學模型和實現系統控制的依據。

上述技術方案，所述的溫度控制算法為PID控制算法、神經網絡控制算法或預測控制算法或其他可行的控制算法。

本發明還提出了一種多溫區爐溫度的綜合控制方法，該方法用多溫區爐綜合控制系統完成溫度控制，該系統包含：系統辨識模塊，用于進行系統辨識實驗，獲得控制對象的輸入輸出數據；模型仿真模塊，用于選定模型后自動進行模型辨識，進行模型的仿真；參數整定模塊，用于根據自動辨識出的控制對象模型和溫度控制曲線，調整模型參數；控制算法仿真模塊，用于將控制算法和得到的控制對象模型進行仿真，并根據結果進行控制參數的調整；實時控制模塊，用于將仿真得到的控制參數進行實時的控制，調整，以達到滿足要求的控制參數；和下位機模塊，用于執行控制系統中的控制命令，所述的方法包括以下步驟：

1)系統采用選定的自動辨識算法進行自動辨識實驗，獲得被控制對象的輸入輸出數據；

2)根據步驟1)中得到的輸入輸出數據，使用增廣遞推最小二乘法和相關系數辨識法相結合的算法計算得到被控制對象數學模型；

其中，使用相關系數辨識法與增廣遞推最小二乘法相結合，將兩種方法輪流對數學模型中的純滯后d和最小二乘估計進行辨識，直到同時滿足最小誤差條件為止；

3)利用辨識出的數學模型和溫度控制曲線整定系統的P、I、D控制參數；

4)將溫度控制算法和整定出的控制參數應用到確定的被控制對象的數學模型中進行仿真，調整控制參數，得到初步最優的溫度控制參數；