PID控制方法技术

本发明专利技术提供了PID控制方法，包括：步骤A：采集系统内的温度和湿度；步骤B：根据设定温度和设定湿度、采集到的当前温度和当前湿度，控制系统内PTC加热器、恒温恒湿系统内元器件的输出功率；步骤C：利用增量式PID算法，根据所述设定温度与当前温度的差值、设定湿度与当前湿度的差值计算，同时根据调节PTC加热器的启动时间和恒温恒湿系统内元器件的输出功率。本发明专利技术提供的PID控制方法基于实际室温和实际温度与该设定值的差值对系统内进行校正、自动调整，采用闭环自动控制，避免被控区间空气温湿度频繁波动、恒温恒湿系统高能耗的运行，降低了整体运行成本，提高了温湿度控制精度。

【技术实现步骤摘要】
PID控制方法
本专利技术属于电气控制领域，具体涉及一种PID控制涉及一种恒温恒湿系统的PID控制方法。
技术介绍
目前，恒温恒湿系统的应用场合越来越多，例如在电子、医院、计量、纺织和光学仪器、食品等领域，特别是雪茄、红酒等对环境要求苛刻的领域，需要保证一些产品或操作处于恒温恒湿的环境。但是，目前的恒温恒湿系统存在以下问题：制冷系统不能精确控制蒸发器（即换热器）的表面温度，在室内仅有制冷需求而无除湿需求时，随着压缩机启动后，蒸发器的温度在空气温度对应的露点温度以下，导致空气中的水分被冷凝，引起湿度下降，由此而导致系统的被动加湿，造成湿度波动和能耗的增加。由于不能精确控制蒸发器的表面温度，在系统仅有除湿需求无制冷需求时，压缩机启动后，蒸发器温度远低于空气温度对应的露点温度，导致系统内的空气被动制冷，引起温度波动，由于温度降低后系统自动加热和升温，也会导致能耗的增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是:提供一种精确控制且耗能低的恒温恒湿系统的PID控制方法。为此，本专利技术提供了PID控制方法，包括：步骤A：采集系统内的温度和湿度；步骤B：根据设定温度和设定湿度、采集到的当前温度和当前湿度，控制系统内PTC加热器、循环水泵、循环风扇的输出功率；步骤C：利用增量式PID算法，根据所述设定温度与当前温度的差值、设定湿度与当前湿度的差值计算，同时根据调节PTC加热器、循环水泵、循环风扇的输出功率。所述步骤A具体为：每隔N秒采集一次系统内的当前温度和当前湿度，1≤N≤5。所述步骤C中的增量式PID算法通过如下公式计算和调节PTC加热器：△u(k)=Lp×[e(k)-e(k-1)]+Li×e(k)+Ld×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，其中△u(k)为PTC加热器的输出功率增值变化率，Lp为比例参数，Li积分参数，Ld为微分参数；e(k)为采集到的当前温度与设定温度的差值；e(k-1)为前一次的e(k)值，e(k-2)为前一次的e(k-1)值，最终PTC开启的时间（时间由增值决定，如果增值一直是+，那加热器会一直工作，增值-，直到PWM为零，加热器停止工作）为：PWM（加热器最终输出功率）=PWM1（当前加热器输出功率）+△u(k)。在本专利技术的实施例中，为了保证调节精度和快速反应，在PTC加热器的PID控制中没有设定死区温度，所述步骤C还包括（当采集到的当前温度≥设定温度时强制退出PID控制）无上死区，且（当采集到的当前温度＜设定温度时，进入PID控制）无下死区。在本专利技术的实施例中，为了保证调节精度和快速反应，在湿度调节过程中，所述步骤C中的增量式PID算法通过如下公式计算和调节循环水泵：△u(k)=Hp×[e(k)-e(k-1)]+Hi×e(k)+Hd×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，其中△u(k)为循环水泵的输出功率增值（增值趋势：当前湿度大于设定湿度+死区相对湿度则增加输出功率，当前湿度小于设定湿度-死区相对湿度则减小功率输出），Hp为比例参数，Hi积分参数，Hd为微分参数；e(k)为设定湿度与当前湿度的差值；e(k-1)为前一次的e(k)值，e(k-2)为前一次的e(k-1)值。进一步，所述步骤C中还包括：当设定湿度-死区湿度diff≤采集到的当前湿度≤设定湿度+死区湿度diff时强制退出PID控制,其中0≤死区相对湿度diff≤5%。在本专利技术的实施例中，为了保证调节精度和快速反应，在湿度调节过程中，所述步骤C中的增量式PID算法通过如下公式计算和调节循环风扇：△u(k)=Hp×[e(k)-e(k-1)]+Hi×e(k)+Hd×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，其中△u(k)为循环风扇的输出功率负增值（增值趋势：当前湿度大于设定湿度+死区相对湿度则减小输出功率，当前湿度小于设定湿度-死区相对湿度则加大功率输出），Hp为比例参数，Hi积分参数，Hd为微分参数；e(k)为设定湿度与当前湿度的差值；e(k-1)为前一次的e(k)值，e(k-2)为前一次的e(k-1)值。进一步，所述步骤C中还包括：当设定湿度-死区湿度diff≤采集到的当前湿度≤设定湿度+死区湿度diff时强制退出PID控制,其中0≤死区相对湿度diff≤5%。在本专利技术的实施例中，为了提高控制精度，步骤A还包括通过卡尔曼滤波对采集到的温度、湿度进行校正。本专利技术的有益效果：1.本专利技术提供的PID控制方法，能精确控制系统内的蒸发器（即室内换热器）表面温度温度，不是静态的，而是基于实际室温和实际温度与该设定值的差值对系统内进行校正、自动调整。采用闭环自动控制，避免被控区间空气温湿度频繁波动、恒温恒湿系统高能耗的运行，降低了整体运行成本，提高了温湿度控制精度。2.湿度死区的设定是为了减少PID的频繁启动，延长系统的使用寿命。3.温度无上下死区的设计是为了提高温度的控制精度，避免由于温度变化带来的湿度联动而导致的频繁的湿度PID控制的启动。4.卡尔曼滤波方法对传感器的校准提高测量精度，提高了控制的准确性。附图说明图1为本专利技术实施例中的PID控制方法的示意图；具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：本专利技术提供了PID控制方法，包括：步骤A：采集系统内的温度和湿度；步骤B：根据设定温度和设定湿度、采集到的当前温度和当前湿度，控制系统内PTC加热器、循环水泵、循环风扇的输出功率（功率为0即为关闭）；步骤C：利用增量式PID算法，根据所述设定温度与当前温度的差值、设定湿度与当前湿度的差值计算，同时调节PTC加热器和循环水泵、循环风扇的输出功率（功率为0即为关闭）。所述步骤A具体为：每隔N秒采集一次系统内的当前温度和当前湿度，1≤N≤5。所述步骤C中的增量式PID算法通过如下公式计算和调节PTC加热器：△u(k)=Lp×[e(k)-e(k-1)]+Li×e(k)+Ld×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，其中△u(k)为PTC加热器的输出功率增值变化率，Lp为比例参数，Li积分参数，Ld为微分参数；e(k)为采集到的当前温度与设定温度的差值；e(k-1)为前一次的e(k)值，e(k-2)为前一次的e(k-1)值，最终PTC开启的时间（时间由增值决定，如果增值一直是正（+），那加热器会一直工作，增值为负（-），直到PWM为零，加热器停止工作）为：PWM（加热器最终输出功率）=PWM1（当前加热器输出功率）+△u(k)。在本专利技术的实施例中，为了保证温度调节精度和快速反应，在PID控制中没有设定死区温度，所述步骤C还包括（当采集到的当前温度≥设定温度时强制退出PID控制）无上死区，且当采集到的当前温度＜设定温度时，进入PID控制无下死区。进一步，所述步骤C中还包括：为了保证湿度的PID控制频繁启动，延长相关元器件使用寿命及降低能耗，在PID控制中设定死区湿度，当设定湿度-死区湿度≤采集到的当前湿度≤设定湿度+死区湿度时强制退出PID控制,其中0≤死区相对湿度≤5%。进一步，本专利技术中的恒温恒湿系统包括循环水泵和循环风扇。通常恒温恒湿系统还包括水箱、控制水箱温度的压缩机、加热装置，以及系统内的换热装置等。这些恒温恒湿的零部件或装置属于现有技术，在本专利技术中不在赘述。在本专利技术中，死区是指PID控制不工作的温度区间或湿度区间。下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.PID控制方法，其特征在于，包括：步骤A：采集系统内的温度和湿度；步骤B：根据设定温度和设定湿度、采集到的当前温度和当前湿度，控制系统内PTC加热器、循环水泵、循环风扇的启动时间；步骤C：计算所述设定温度与当前温度的差值、设定湿度与当前湿度的差值，利用所述温度差值和湿度差值以及增量式PID算法，调节PTC加热器和循环水泵、循环风扇的输出功率。

【技术特征摘要】
1.PID控制方法，其特征在于，包括：步骤A：采集系统内的温度和湿度；步骤B：根据设定温度和设定湿度、采集到的当前温度和当前湿度，控制系统内PTC加热器、循环水泵、循环风扇的启动时间；步骤C：计算所述设定温度与当前温度的差值、设定湿度与当前湿度的差值，利用所述温度差值和湿度差值以及增量式PID算法，调节PTC加热器和循环水泵、循环风扇的输出功率。2.根据权利要求1所述的PID控制方法,其特征在于，所述步骤A具体为：每隔N秒采集一次系统内的当前温度和当前湿度，1≤N≤5。3.根据权利要求1所述的PID控制方法,其特征在于，所述步骤C中的增量式PID算法通过如下公式计算和调节PTC加热器：△u(k)=Lp×[e(k)-e(k-1)]+Li×e(k)+Ld×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，Lp为比例参数，Li积分参数，Ld为微分参数；e(k)为采集到的当前温度与设定温度的差值；e(k-1)为前一次的e(k)值，e(k-2)为前一次的e(k-1)值。4.根据权利要求3所述的PID控制方法,其特征在于，所述步骤C还包括（当采集到的当前温度≥设定温度时强制退出PID控制）无上死区，且（当采集到的当前温度＜设定温度时，进入PID控制）无下死区。5.根据权利要求1所述的PID控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈善荣，丁炜，
申请(专利权)人：深圳市美晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44