一种博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法技术

本发明专利技术公开了一种博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法，将展柜利用下部平台分隔为上层文物展示区和下层设备区，在文物展示区设置用于放置文物的展示台，在设备区内设置有多台恒湿机，并配置恒湿机湿度传感器；使用空间湿度传感器对恒湿机湿度传感器进行权重系数求取，然后通过计算获得文物展示区的湿度综合值；根据湿度综合值与设定的目标湿度值的差值，利用增量式PID控制算法计算，获得恒湿机的湿度基础控制量，根据湿度基础控制量计算获得各恒湿机的控制量。本发明专利技术级联控制方法可以准确评判博物馆大型展柜中的湿度，并合理调控博物馆大型展柜内的湿度，改善湿度分布不均的情况，且满足不同形状、不同体积的大型展柜的控湿需求。

A Cascade Control Method of Microenvironment Humidity for Large Exhibition Cabinet of Museum

【技术实现步骤摘要】
一种博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法
本专利技术涉及博物馆展柜微环境湿度控制
，尤其涉及一种博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法。
技术介绍
在博物馆文物保存中，湿度是一个重要的影响因素，不同的文物需要不同的湿度环境，目前市场上已有一些湿度调控能力在3m3左右的小型恒湿机，可以起到检测、调节文物展柜内湿度的作用，使小型展柜内的文物得到合适的湿度环境。但是，对于体积V≥10m3的大型展柜来说，一方面，采用一台小型恒湿机调控能力有限，无法使大型展柜内的湿度快速到达目标值；另一方面，针对一台小型恒湿机所配备的一只恒湿机湿度传感器，其无法准确反映出大型展柜内的空间湿度值。为解决上述问题，需要在大型展柜内安装多台小型恒湿机，多点测量和控制大型展柜内的湿度，但若多台小型恒湿机相互独立工作，则无法综合评判展柜内所处的湿度环境，也会使每台恒湿机的数据处理过于繁琐，同时增加恒湿机与微环境智能监控平台之间的通讯负担。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法，以期通过准确的测量和控制算法控制多台小型恒湿机工作，克服博物馆大型展柜中湿度无法准确评判、湿度调控不合理，湿度分布不均的问题，并满足不同形状、不同体积的大型展柜的控湿需求。本专利技术为实现上述专利技术目的，采用如下技术方案：本专利技术一种博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法的特点是：将展柜利用下部平台分隔为上层空间和下层空间，所述上层空间为文物展示区，所述下层空间为设备区，在所述文物展示区中、处在下部平台的位置设置用于放置文物的展示台；在所述设备区内设置有N台恒温机，每台恒湿机一一对应配置有恒湿机湿度传感器，分布在展示台的外围的各恒湿机湿度传感器设置在所述下部平台上，N≥2；所述湿度级联控制方法是用于控制文物展示区内的湿度；所述恒湿机包括加湿器件和除湿器件，利用恒湿机中的湿度控制器分别控制加湿器件和除湿器件使恒湿机处于加湿状态或除湿状态；所述湿度级联控制方法按如下步骤进行：步骤1、确定权重系数在展示台上放置一模拟文物，所述模拟文物与文物具有相同的外部形状；在文物展示区中、围绕模拟文物，且与所述模拟文物相距0.5m的位置处设置各空间湿度传感器，共计M只空间湿度传感器，M≥2；使用恒湿机改变文物展示区内的湿度，使其湿度处于[30％RH，70％RH]内，以5％RH为梯度，将[30％RH，70％RH]分为8个区间段；利用M只空间湿度传感器和N只恒湿机湿度传感器测得V组湿度数据，V>N，且在每个区间段内均测得至少一组数据；利用式(1)建立回归方程，并计算获得所述回归方程中的回归系数p0和pi，所述回归系数pi即为第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器的权重系数；为第j组湿度数据中所有M只空间湿度传感器检测的平均湿度值，为第j组湿度数据中第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器的湿度检测值，i∈[1,N]，j∈[1,V]；步骤2、根据式(2)计算获得t时刻下文物展示区内的湿度综合值H(t)，以所述湿度综合值H(t)表征文物展示区内的湿度值；Hi(t)为第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器在t时刻下的湿度检测值；步骤3、判断t时刻下各恒湿机的工作状态，并计算获得t时刻下各台恒湿机的控制量；将所述湿度综合值H(t)与设定的文物展示区的目标湿度值为Hgoal进行比较，按以下三种不同形式分别进行控制：形式一：H(t)<Hgoal，表明文物展示区需要加湿，利用增量式PID算法，通过式(3)计算获得t时刻下恒湿机的加湿基础控制量Qup(t)：Qup(t)＝Kp1×(l(t)-l(t-1))+Ki1×l(t)+Kd1×(l(t)-2l(t-1)+l(t-2))+Qup(t-1)(3)，式(3)中，Kp1、Ki1和Kd1分别是经实验获得的加湿状态下PID控制的比例系数、积分系数和微分系数；l(t)表示t时刻下湿度综合值与目标湿度值之间的差值，l(t-1)表示t-1时刻下湿度综合值与目标湿度值之间的差值，l(t-2)表示t-2时刻下湿度综合值与目标湿度值之间的差值，Qup(t-1)表示t-1时刻下恒湿机的加湿基础控制量；将第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器在t时刻下湿度检测值记为：Hi(t)，若：Hi(t)<Hgoal，则利用式(4)计算获得第i台恒湿机中加湿器的加湿实际控制量Uup,i(t)，若：Hi(t)≥Hgoal，则将第i台恒湿机中加湿器的加湿实际控制量Uup,i(t)设置为定值A0；以所述加湿实际控制量Uup,i(t)作为恒湿机t时刻的控制量；形式二：H(t)>Hgoal，表明文物展示区需要除湿，利用增量式PID算法，通过式(5)计算获得t时刻下恒湿机的除湿基础控制量Qdown(t)：Qdown(t)＝Kp2×(l(t)-l(t-1))+Ki2×l(t)+Kd2×(l(t)-2l(t-1)+l(t-2))+Qdown(t-1)(5)，式(5)中，Kp2、Ki2和Kd2分别是经实验获得的除湿状态下PID控制的比例系数、积分系数和微分系数；Qdown(t-1)表示t-1时刻下恒湿机的除湿基础控制量；将第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器在t时刻下湿度检测值记为Hi(t)，若：Hi(t)>Hgoal，则利用式(6)计算获得第i台恒湿机中除湿器的除湿实际控制量Udown,i(t)，若：Hi(t)≤Hgoal，则将第i台恒湿机中除湿器的除湿实际控制量Udown,i(t)设置为定值B0，以所述除湿实际控制量Udown,i(t)作为恒湿机t时刻的控制量；形式三：H(t)＝Hgoal，各恒湿机维持前一时刻的控制量不变。本专利技术博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法的特点也在于：所述N台恒湿机挂载在一条总线上，所述N台恒湿机中包括一台具有数据处理、有线通讯和无线通讯功能的恒湿机主机，其它N-1台恒湿机均设置为具有数据处理和有线通讯功能的恒湿机从机；所述恒湿机主机利用有线通讯功能获得每台恒湿机从机的湿度检测值Hi(t)；利用所述恒湿机主机的数据处理功能进行数据处理，以获得湿度综合值H(t)、目标湿度值Hgoal、加湿基础控制量Qup(t)及除湿基础控制量Qdown(t)，并通过有线通讯功能发送给各恒湿机从机；利用各恒湿机自身的数据处理功能进行数据处理，获得各恒湿机t时刻的控制量；利用所述恒湿机主机的无线通讯功能，将湿度综合值H(t)和各台恒湿机的实时工作状态发送给微环境智能监控平台，并接收微环境智能监控平台发送的目标湿度值Hgoal。恒湿机湿度传感器放置在文物展示区的下部平台上，整个文物展示区内的湿度存在不均匀性，因此，仅仅依靠位于文物展示区下部平台上的多只恒湿机湿度传感器依旧无法准确衡量整个空间的湿度；同时，由于文物展示区内湿度的不均匀性，每台恒湿机的控制量需要合理分配，以免造成文物展示区局部湿度超标或者不达标的情况，不利于文物的保存；与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术中的湿度级联控制方法，通过展柜内多台级联恒湿机的恒湿机湿度传感器检测的湿度值，计算出湿度综合值，经增量式PID控制算法计算出湿度控制器件的基础控制量，再根据基础控制量求出每台恒湿机湿度控制器件的控制量，实现多点调控展柜内湿度，使大型展柜中的文物获得合适的湿度环境。2、本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法，其特征是：将展柜利用下部平台(2)分隔为上层空间和下层空间，所述上层空间为文物展示区(1)，所述下层空间为设备区(3)，在所述文物展示区(1)中、处在下部平台(2)的位置设置用于放置文物(4)的展示台(5)；在所述设备区(3)内设置有N台恒温机，每台恒湿机一一对应配置有恒湿机湿度传感器(6)，分布在展示台(5)的外围的各恒湿机湿度传感器(6)设置在所述下部平台(2)上，N≥2；所述湿度级联控制方法是用于控制文物展示区(1)内的湿度；所述恒湿机包括加湿器件和除湿器件，利用恒湿机中的湿度控制器分别控制加湿器件和除湿器件使恒湿机处于加湿状态或除湿状态；所述湿度级联控制方法按如下步骤进行：步骤1、确定权重系数在展示台(5)上放置一模拟文物(4a)，所述模拟文物(4a)与文物(4)具有相同的外部形状；在文物展示区(1)中、围绕模拟文物(4a)，且与所述模拟文物(4a)相距0.5m的位置处设置各空间湿度传感器(10)，共计M只空间湿度传感器，M≥2；使用恒湿机改变文物展示区内的湿度，使其湿度处于[30％RH，70％RH]内，以5％RH为梯度，将[30％RH，70％RH]分为8个区间段；利用M只空间湿度传感器和N只恒湿机湿度传感器测得V组湿度数据，V>N，且在每个区间段内均测得至少一组数据；利用式(1)建立回归方程，并计算获得所述回归方程中的回归系数p0和pi，所述回归系数pi即为第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器的权重系数；...

【技术特征摘要】
1.一种博物馆大型展柜微环境湿度级联控制方法，其特征是：将展柜利用下部平台(2)分隔为上层空间和下层空间，所述上层空间为文物展示区(1)，所述下层空间为设备区(3)，在所述文物展示区(1)中、处在下部平台(2)的位置设置用于放置文物(4)的展示台(5)；在所述设备区(3)内设置有N台恒温机，每台恒湿机一一对应配置有恒湿机湿度传感器(6)，分布在展示台(5)的外围的各恒湿机湿度传感器(6)设置在所述下部平台(2)上，N≥2；所述湿度级联控制方法是用于控制文物展示区(1)内的湿度；所述恒湿机包括加湿器件和除湿器件，利用恒湿机中的湿度控制器分别控制加湿器件和除湿器件使恒湿机处于加湿状态或除湿状态；所述湿度级联控制方法按如下步骤进行：步骤1、确定权重系数在展示台(5)上放置一模拟文物(4a)，所述模拟文物(4a)与文物(4)具有相同的外部形状；在文物展示区(1)中、围绕模拟文物(4a)，且与所述模拟文物(4a)相距0.5m的位置处设置各空间湿度传感器(10)，共计M只空间湿度传感器，M≥2；使用恒湿机改变文物展示区内的湿度，使其湿度处于[30％RH，70％RH]内，以5％RH为梯度，将[30％RH，70％RH]分为8个区间段；利用M只空间湿度传感器和N只恒湿机湿度传感器测得V组湿度数据，V>N，且在每个区间段内均测得至少一组数据；利用式(1)建立回归方程，并计算获得所述回归方程中的回归系数p0和pi，所述回归系数pi即为第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器的权重系数；为第j组湿度数据中所有M只空间湿度传感器检测的平均湿度值，为第j组湿度数据中第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器的湿度检测值，i∈[1,N]，j∈[1,V]；步骤2、根据式(2)计算获得t时刻下文物展示区内的湿度综合值H(t)，以所述湿度综合值H(t)表征文物展示区内的湿度值；Hi(t)为第i台恒湿机的恒湿机湿度传感器在t时刻下的湿度检测值；步骤3、判断t时刻下各恒湿机的工作状态，并计算获得t时刻下各台恒湿机的控制量；将所述湿度综合值H(t)与设定的文物展示区的目标湿度值为Hgoal进行比较，按以下三种不同形式分别进行控制：形式一：H(t)<Hgoal，表明文物展示区需要加湿，利用增量式PID算法，通过式(3)计算获得t时刻下恒湿机的加湿基础控制量Qup(t)：Qup(t)＝Kp1×(l(t)-l(t-1))+Ki1×l(t)+Kd1×(l(t)-2l(t-1)+l(t-2))+Qup(t-1)(3)，式(3)中，Kp1、Ki1和Kd1分别是经实验获得的加湿状态下PID控制的比例系数、积分系数和微分系数；l(t)表示t时刻下湿度综...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阳，杨冬梅，张辉，徐悦，
申请(专利权)人：合肥工业大学智能制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34