[發明專利]基于自適應模糊PID的水溫控制方法及其控制系統

有效

• 申請號: 201610111850.8
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105630033B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 段書凱;郭秀珍;何真承
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20;G05B13/04
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙)50216
• 代理人: 陳千

1.一種基于自適應模糊PID的水溫控制方法，其特征在于，采用模糊控制與PID算法中的PI算法相結合構成的模糊PID控制器對水溫進行實時監測和調整，具體包括如下步驟：

S1：獲取預設水溫T₀，獲取第一溫度傳感器檢測的冷水溫度T₁，獲取第二溫度傳感器檢測的熱水溫度T₂，獲取第三溫度傳感器檢測的混合后溫水的出水溫度T₃；

S2：計算誤差E＝T₃-T₀，誤差變化率E_c＝dE/dt；

S3：由模糊PID控制器的模糊算法整定PID參數中的比例參數K_p和積分參數K_i；

S4：計算K_p′＝K_p*(T₂-T₁)，K_i′＝K_i*(T₂-T₁)；

S5：將K_p′作為新的比例參數，K_i′作為新的積分參數，計算出比例輸出U_p＝K_p′*E，積分輸出U_i＝U_i-1+K_i′*(E-E_p)，式中，E_p為前一次的誤差；

S6：計算輸出OUT＝U_p+U_i；

S7：判斷OUT是否小于0，如果是，則表示需要升溫，進入步驟S8，否則，則表示不需要升溫，進入步驟S9：

S8：設定冷水流速V₁＝0.3，熱水流速V₂＝0.3+|OUT|；

S9：設定熱水流速V₂＝0.7，冷水流速V₁＝0.7-|OUT|；

S10：根據冷水流速V₁和熱水流速V₂調整第一電磁閥的PWM占空比和第二電磁閥的PWM占空比，來調整冷水和熱水的流速，從而將水溫調整到預設水溫T₀。

2.根據權利要求1所述的基于自適應模糊PID的水溫控制方法，其特征在于，步驟S3中模糊PID控制器的輸入變量為誤差E和誤差變化率E_c，輸出變量為比例參數K_p和積分參數K_i，輸入變量和輸出變量均采用高斯型隸屬度函數，模糊論域為[-6,6]，采用重心法進行解模糊化運算。

3.如權利要求1所述的基于自適應模糊PID的水溫控制方法的控制系統，其特征在于，包括微處理器、設置在冷水箱出水管的第一溫度傳感器、第一電磁閥和第一水流傳感器、設置在熱水箱出水管的第二溫度傳感器、第二電磁閥和第二水流傳感器，設置在混合水箱中的第三溫度傳感器，其中，第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第一水流傳感器以及第二水流傳感器連接所述微處理器的輸入端，所述微處理器的輸出端連接第一電磁閥驅動電路來調整第一電磁閥的PWM占空比，所述微處理器的輸出端連接第二電磁閥驅動電路來調整第二電磁閥的PWM占空比，從而實現對冷水和熱水流速的控制；

所述微處理器采用STC12C5A60S2芯片，所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器均采用DS18B20數字溫度傳感器，所述第三溫度傳感器采用PT100鉑電阻，該控制系統有24V和5V兩種電壓源。

4.根據權利要求3所述的基于自適應模糊PID的水溫控制方法的控制系統，其特征在于，該第一電磁閥驅動電路包括PMOS管和光耦芯片P521，其中，PMOS管的柵極一方面通過電阻R44連接光耦芯片P521的4引腳，另一方面通過電阻R42連接PMOS管的源極，PMOS管的漏極通過電容C13接地，光耦芯片P521的3引腳接地，1引腳通過電阻R43連接5V電源，2引腳連接STC12C5A60S2芯片的CP2引腳，24V電源一方面連接PMOS管的源極，另一方面通過并聯的電容C12和C14接地，第二電磁閥驅動電路與第一電磁閥驅動電路的電路結構相同。