[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

技術領域

本發明涉及水溫控制領域，具體涉及一種基于自適應模糊PID的水溫控制方法及其控制系統。

背景技術

傳統浴室的水溫調節一般是安裝一個冷、熱水調節裝置，目前常見的有手動調控和自動調控兩種，手動調控是通過控制冷、熱水的水閥閥門的開度來調整混合后水的溫度，這種控制方式浪費水資源，且水溫波動很大。自動調控普遍采用溫度傳感器作為測量裝置，且對測量量的偏差信號采用PID控制來實現水溫控制。目前的控制器所采用的控制策略是在已知被控對象精確數學模型的基礎上實現的。這種方法在系統穩定之后有較好的控制性能，但在無法獲取被控對象準確數學描述時具有很強的局限性，因而存在一定的不適應性，也因此影響了水溫控制的精度及其可行性。

發明內容

本申請通過提供一種基于自適應模糊PID的水溫控制方法及其控制系統，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，以解決目前手動調節或者自動調節熱水器水溫，不僅會造成水資源的浪費，且控制精度不高，使得實際水溫與預期水溫值誤差較大的技術問題。

為解決上述技術問題，本申請采用以下技術方案予以實現：

一種基于自適應模糊PID的水溫控制方法，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。

進一步地，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。

一種基于自適應模糊PID的水溫控制方法的控制系統，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；