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恒温恒湿培养箱智能控制系统专题21、仿真设计

发布时间:2020-04-15 05:55人气:

仿真设计
把建立的模糊推理系统在Matlab的Simulink仿真环境中进行仿真分析网
[31],可以迅速找到合适的量化因子和比例因子,指导实际调试。
为增加仿真的真实性,关键是逼近箱体的数学模型。根据过程控制系统理 论的分析,该恒温系统可以等效为为双容自平衡系统,也就是一个二阶惯性环 节,传递函数为H(s)= ~丄~,表达式中給、发和K为待定量。对H(s)
(7;s + l)(&s + l)
进行拉氏反变换,得时域模型饰)=一£(」开_」亏)川),釆用阶跃响应曲线
~T2
法求解,输入量为电热管额定功率的百分比,输出量为箱体内环境的温度。将 输入的阶跃信号表示为力表示阶跃信号的幅度,则根据卷积 积分的性质六。*並)=f(t)及/(0=烈⑺* =z(-,)(o*/2(1)(o,求得阶跃
响应的时域方程为y(t) = As(t)*h(t) = ZK(M_e万+C), C为待 定常数。将电热管的加热功率设为额定功率的30%,即PWM脉冲的占空比为 30%, 4=0.3。室温条件下,关闭箱盖,打开数据存储功能,记录实验温度值, 每分钟记录一次,作出阶跃响应曲线图如图4-5所示。由,(°)=23.3和并°)=62 可解出K=129和01.6,即X0 = 38.7(1.6e万-一 e^)B再利用阶
,-乌 L-T\
跃响应的两个点联立求解确定4、例如在曲线的升温阶段任取两个点 (130,56.7)及(60,49)。对e指数方程组的求解釆用逼近法,在Matlab的M文件中 编写程序如下:
absl2=5;
for y=l :0.2:4000
for x=l:0.2:4000
if x~=y
rl=38.7*(1.6-x*(exp(-7800/x))/(x-y)-y*(exp(-7800/y))/(y-x)); r2=38.7*(1.6-x*(exp(-3600/x))/(x-y)-y*(exp(-3600/y))/(y-x)); s=abs(r 1 -56.7)+abs(r2-49);
if s<absl2
absl2=s;
rtl=x;.
rt2=y;
end
end
end
end
保存,运行该文件,结束后在Matlab工作空间中査看各变量的值,rtl=3281, rt2=l,分别为约、弓的逼近值。


 
 
 
图4-5阶跃响应曲线图
Fig.4-5 Step-response
由此得到恒温系统模型的传递函数H(矽81;)("])。同理,得到恒 湿系统模型的传递函数晌=成品。经验证'对相同的阶跃激励输 入,仿真曲线和实际结果基本吻合。

 

60
Gainl
Constant^
X-
Saturation!
    r  
  Z?    
 
Gain! Saturations
 Gain3 J Saturations
Fuzzy Logic
Controller
with Ruleviewer
Gain3
-野
Transport
Delay2
Transport
Delayl
129
3281S+1
Transfer Fcnl Transfer Fcn2
Scope
25
Constantl
—KD
Out
图44恒温恒湿控制系统仿真
Fig.4-6 Emulate system architecture
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

对以上恒温恒湿系统模型搭建模糊控制系统仿真,如图4-6所示,其中Fuzzy Logic Controller with Ruleviewer为封装的模糊推理模块,输入输出限幅均为[-6, 6],增量式输出需累加后再作为输入量。室温25C,湿度27%,目标温度60C, 目标湿度80%。由于箱体的响应时间比较长,控制周期取10s。控制结果通过示 波器察看或通过输出模块输出到工作空间。
由于培养箱具有升温容易降温难的特点,超调越小越有利于缩短调节时间, 所以仿真首先实现无超调,再力求调节时间短和静态误差小。但也要兼顾过多 的控制超调会增加过渡时间。相对其他控制方法,模糊控制在提高动态性能方 面占优势。电热管的实际通断时间是以交流周波的整数倍控制的,仿真将其转 化为功率控制,实际控制不如仿真中控制的精细,所以比例因子不能太小。在 仿真中会得到不同的量化因子和比例因子的组合,都能使系统获得较好的响应 特性,对此系统应取比例因子较大的组合。根据量化因子和比例因子对系统动 静态性能影响的规律,反复调节仿真试验,确定温度控制系统中ke=l/4, kde=10, ku=5;湿度控制系统中ke=l/3, kde=24, ku=3时,能够满足该系统的要求。仿 真结果如图4-7所示。
 
图4-7仿真结果
Fig.4-7 Simulation result

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