可程式恒溫恒濕試驗箱控制系統的研究

以下是對可程式恒溫恒濕試驗箱控制系統的研究，希望能夠幫到大家，讓大家更加了解恒溫恒濕試驗箱哦！
1、前言  
      恒溫恒濕試驗箱是指溫度和濕度都能控制在范圍內的試驗箱，主要用于機械產品、電子產品、生物醫藥、化工原料、農產品、水產品等材料在高溫、低溫、濕熱等環境條件下貯存、運輸、使用時的適應性試驗。由于可程式恒溫恒濕試驗箱控制系統是一個具有多變量、非線性、大時滯、強耦合的熱工系統，在工程實際中，每個回路單獨運行都較正常，但在所有回路同時工作時，整個系統就會不穩定。這是由于恒溫恒濕試驗箱系統各控制回路之間相互耦合、相互影響、相互干擾造成的，如果把這些回路看成是互不的而進行單獨設計，顯然極不合理。因此，解決多回路之間的耦合，以達到穩定運行和控制是極為關鍵的。
2、在恒溫恒濕試驗箱控制中主要存在的難題
（1）檢測儀表與傳感器性能不穩定檢測儀表和傳感器的性能直接影響溫濕度的控制效果，由于在可程式恒溫恒濕試驗箱中選擇的監測點的數量較少以及位置不合理，往往是造成傳感器采集的數據失真，與實際情況有較大差異，再加上國產的一些溫濕度傳感器的性能不穩定，將會大大影響溫濕度控制的效果。
（2）控制回路較多，且相互耦合控制系統由溫度、濕度和壓力傳感器、變風量控制器、風機變頻器、加濕裝置及其調節閥、表冷器及其調節閥、新回風調節閥等組成，含有送風溫度控制、室內溫度控制、室內相對濕度控制和末端風管靜壓控制4個控制回路，且各回路相互耦合。
（3）控制系統建模比較困難可程式恒溫恒濕試驗箱控制系統模型的建立是實現自動控制和系統辨識的基礎。恒溫恒濕試驗箱控制系統模型模型有兩種：解析模型和經驗模型。前者研究恒溫恒濕試驗箱控制過程中的空氣流動、傳熱、傳濕等熱力學特性；后者則根據實驗或運行結果，采用多項式擬合等近似方法獲得恒溫恒濕控制過程的經驗模型。這些方法對恒溫恒濕試驗箱的設計和優化起了重要作用，但都是從靜態的角度考察溫濕度控制過程。溫濕度控制過程是一個多變量、非線性、強耦合、大滯后、非穩態的復雜過程，需要從動態的角度研究溫濕度控制過程參數間的相互耦合關系，為實現溫濕度控制過程的在線監測和自動控制奠定基礎。同時，溫濕度控制過程建模存在著一些無法彌補的缺陷，如建立溫濕度控制的數學模型時做的許多假設有時與實際不符。利用偏微分模型對溫濕度控制過程進行模擬時，模型的求解是通過反復迭代來完成的。不僅模型復雜，求解困難，而且需要很長的計算時間。因此，建立一個符合實際溫濕度控制過程的理想的數學模型是十分困難的，這直接影響了可程式恒溫恒濕試驗箱的控制精度和控制效果。
2、研究方案
2.1研究內容
（1）建立恒溫恒濕控制模型并通過相關軟件進行計算機仿真歸納整理實驗數據，進行單因素與多因素分析，通過非線性擬合，建立恒溫恒濕試驗箱過程控制的數學模型，采用逆控制和模糊控制或神經網絡設計控制算法，對復雜過程進行線性化解耦以及大滯后補償，并進行控制系統的計算機仿真。
（2）研制一臺自適應逆控制的可程式恒溫恒濕試驗箱應用前面建立的自適應逆控制理論，研制一臺自適應逆控制的恒溫恒濕試驗箱。
（3）恒溫恒濕試驗箱控制過程的實驗研究與影響因素分析通過對恒溫恒濕試驗箱控制過程的實驗研究，歸納整理出相關數據，進行恒溫恒濕試驗箱的影響因素分析，從而確定影響恒溫恒濕效果的主要因素和次要因素，并對各參數進行靈敏度分析，決定溫濕度過程控制的控制變量、被控變量和可測干擾等。
2.2研究方法
（1）可程式恒溫恒濕試驗箱手動控制過程的實驗研究方法選擇一恒溫恒濕試驗箱作為測試對象。在沒有安裝自動控制系統時，通過加濕、加熱、排風等方式進行手動控制的操作記錄，記錄內容主要為：運行時間、箱內濕度、箱內溫度，排風流量、排風速度、環境溫度和環境濕度等。
（2）研制恒溫恒濕試驗箱的研究方法應用前面建立的自適應逆控制模型，研制一臺恒溫恒濕試驗箱，設備主要由制冷系統、加熱系統、除濕系統、加濕系統、水箱、恒溫恒濕箱體等主要部分組成。設備以PLC與溫、濕度控制器為自動化平臺，集成溫度傳感器、濕度傳感器、觸摸屏、固態繼電器等，組成可程式恒溫恒濕試驗箱電氣控制系統。使用溫濕度傳感器獲得溫濕度的感應電壓，直接接入至一臺溫濕度控制器中，根據自適應逆控制模型，輸出0-10V的線性電壓對加熱系統進行控制，采用PWM控制方法控制固態繼電器按照計算得出的通斷頻率，調節加濕系統開關的導通時間，達到使箱體內溫濕度恒定的目的。
（3）建立自適應逆控制模型的研究方法歸納整理實驗數據，進行單因素與多因素實驗結果分析，通過非線性擬合，建立溫濕度過程控制的數學模型。由于溫濕度控制過程是一個較復雜的多變量、大滯后和非線性熱工過程，需對所建立的數學模型進行線性化解耦和大滯后補償，只有這樣，才能便于控制系統設計的實現。本研究擬采用多變量非線性系統的逆控制方法，完成對過程控制數學模型的處理.  軟件擬采MATLAB和SIMULINK進行控制系統的仿真實驗。
3.研究的目的和意義
隨著科學技術的發展，恒溫恒濕試驗箱在生產中的用途越來越廣泛，本課題主要研究可程式恒溫恒濕試驗箱自適應逆控制技術，其意義如下：
3.1自適應逆控制技術應用于恒溫恒濕試驗箱的控制，可解決其控制過程的瓶頸問題：即多變量、非線性、強耦合以及大滯后復雜系統的控制問題。
3.2研究擬采用基于PC機的開放式控制系統，界面友好，可操作性強，系統便于擴展，能滿足控制功能要求，且具有監視、采集、控制、數據存儲、實時曲線顯示等功能，對同類產品的開發和研制具有一定的借鑒作用。
3.3課題研制的恒溫恒濕試驗箱應用廣泛，功能強大，便于推廣，能產生較好的經濟效益和社會效益。因此，研究可程式恒溫恒濕試驗箱的自動控制系統具有理論和實踐的雙重價值。