[發(fā)明專利]一種基于模糊PID算法ASHP集熱控制系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110459166.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN113110033A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊奕;韓青青;于婧雅;顧海勤;高龍;任曉琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B11/42
• 分類號(hào): G05B11/42
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

1.一種基于模糊PID算法ASHP集熱控制系統(tǒng)，其特征在于：在PID控制器的基礎(chǔ)上，引入模糊控制理論形成一個(gè)模糊PID控制器，模糊PID控制器以偏差e及偏差變化率ec作為輸入，用模糊控制規(guī)則對(duì)PID控制器的參數(shù)K_p、K_i、K_d進(jìn)行在線實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)更好的控制精度。

2.根據(jù)所述的權(quán)利要求1所述的基于模糊PID算法ASHP集熱控制系統(tǒng)，其特征在于：確定K_p、K_i、K_d與e、ec的模糊關(guān)系是模糊PID控制器的關(guān)鍵，根據(jù)模糊PID控制的原理能夠看出，其控制效果不僅取決于PID初始控制參數(shù)k_p,k_i,k_d，還取決于模糊控制模塊輸出量Δk_p,Δk_i,Δk_d，當(dāng)被控對(duì)象受到外界或其他因素干擾時(shí)，通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)Δk_p,Δk_i,Δk_d，可以對(duì)PID實(shí)時(shí)輸出參數(shù)K_p,K_i,K_d進(jìn)行微調(diào)整來有效控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.根據(jù)所述的權(quán)利要求1所述的基于模糊PID算法ASHP集熱控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的基于模糊PID算法ASHP集熱控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)步驟如下：

步驟一、利用實(shí)驗(yàn)獲取的150組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過最小二乘法來對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，確定ASHP控制集熱系統(tǒng)出水溫度的傳遞函數(shù)；

步驟二、對(duì)模糊PID控制策略進(jìn)行建模并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。

4.根據(jù)所述的權(quán)利要求3所述的基于模糊PID算法ASHP集熱控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的步驟一中，本發(fā)明使用的ASHP熱水機(jī)組每隔10s采集一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，共150組，包括不同比例閥開度，水流量和出水溫度；

利用MATLAB系統(tǒng)辨識(shí)工具箱進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，將150組數(shù)據(jù)分為兩組：90組訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)和60組測(cè)試樣本數(shù)據(jù)；90組訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)分別為比例閥開度的水流量輸入信號(hào)列向量u和出水溫度輸出信號(hào)列向量y，選取一階慣性純滯后傳遞函數(shù)，采樣時(shí)間為10s，可得到辨識(shí)參數(shù)結(jié)果為：

將式(1)辨識(shí)的參數(shù)代入式(2)，得到AHSP集熱控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

利用剩下的60組測(cè)試樣本數(shù)據(jù)對(duì)得到的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證，擬合度達(dá)到93.8％，所建立的數(shù)學(xué)模型基本能反映出AHSP集熱控制系統(tǒng)中出水溫度對(duì)水流量的變化規(guī)律。

5.根據(jù)所述的權(quán)利要求3所述的基于模糊PID算法ASHP集熱控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的步驟二中，模糊PID控制建模與仿真如下：

在MATLAB中建立模糊PID控制器的Simulink仿真模型，模糊PID算法主要控制程序?yàn)镕uzzyPID Controller包，其中又分別嵌入了Fuzzy Controller和PID Controller程序包組成模糊PID控制器；

Fuzzy Controller程序包嵌入了量化因子K_e和K_ec，比例因子Lk_p、Lk_i和Lk_d五個(gè)參數(shù)的值，以及49*3模糊控制規(guī)則，可將整定好的參數(shù)Δk_p,Δk_i,Δk_d輸入到PID控制環(huán)節(jié)，最終由PID Controller包完成PID控制算法的功能，將改進(jìn)參數(shù)在線調(diào)整，輸出調(diào)控值，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的輸出進(jìn)行控制；

為了確保與PID控制算法保持一致，同時(shí)設(shè)定好利用λ整定法獲得PID初始參數(shù)值k_p,k_i,k_d，通過運(yùn)行搭建的模型，在線適時(shí)調(diào)整Δk_p,Δk_i,Δk_d，可得模糊PID控制的響應(yīng)曲線。