【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于控制系统领域，涉及一种基于模糊pid的铷原子气室温度控制方法及系统。
技术介绍
1、目前，原子钟守时以铯钟和氢钟为主，但是由于其昂贵的价格和对环境的要求，大多数用户都无法接受。而铷原子钟由于其体积小，重量轻，功耗小、价格低、寿命长、可靠性高等优势，广泛用于科研测量、生产制造以及广电电力等领域。因此，研究者们开始关注铷原子钟在守时系统上面的应用。
2、但是在实际铷原子钟使用过程中，铷原子钟的工作环境温度的变化常常也会对铷原子钟的工作产生不小的影响。因此，良好的应对外界环境温度变化而保持气室温度恒定的能力是将铷钟应用于守时的前提必要条件。
3、常规pid控制算法结构简单，使用灵活，适应性较强，例如201911352348.6公开了一种基于pid调节的智能温度控制系统，运用plc控制器进行数字pid运算，控制精度高，实现反应釜内温度的自动化控制。但是一组固定不变的pid参数无法适应参数变化、干扰众多的控制系统。此外，原子气室加热控制系统具有非线性、时变、纯滞后等特点，常规控制方法无法满足精度要求并且不具备良好的抗干扰能力。引入模糊算法(fuzzy algorithm)后，虽然稳定性有所提升，且具有了自适应效果，但仍然无法消除外界环境温度所带来的影响。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是在针对现在铷原子气室温度控制系统容易受到外界环境温度变化的干扰等问题，提供一种高精度，高稳定度，抗干扰的温度控制方法，以此来提高温度控制的精度和稳定性。
3、步骤一、采集铷原子气室的当前内部温度t内；
4、步骤二、通过pid控制器控制加热电路对铷原子气室内部的预设温度tset进行设置；
5、步骤三、采集铷原子气室的外部环境温度t外，pid控制器根据预设温度tset与内部温度t内的温度差值，采用改进模糊pid算法排除外部环境温度t外干扰，对铷原子气室内部的加热电路进行控制。
6、作为优选，所述改进模糊pid算法具体为：
7、①输入输出的模糊化：对当前内部温度t内与预设温度tset做差，得到温度差值e；将温度差值e对时间求导得到温度变化率ec；将e与ec作为输入变量，模糊化后得到模糊化变量e与ec；
8、②模糊推理及清晰化：根据模糊规则，将e与ec经过模糊推理及清晰化得到μkp、μki；
9、③进行环境修正：计算环境矫正变量δkp、δki，计算步骤具体如下：
10、设置基准温度t，根据外部环境温度t外和基准温度t计算温度偏移量temp_offset，然后将温度偏移量temp_offset进行归一化，设定环境矫正变量值域δykp∈[0,α]，δyki∈[0,β]，按如下公式计算得到δkp、δki：
11、
12、
13、其中α、β根据条件改变而取不同值，优选地，此处α＝1、β＝2。
14、将环境矫正变量δkp、δki与清晰化后的值μkp、μki相加作为pid控制器的矫正变量δkp、δki，计算得到修正后参数kpn、kin；
15、δkp＝δkp+μkp (3)
16、δki＝δki+μk (4)
17、kpn＝kp'n-1+δkp (5)
18、kin＝ki′n-1+δki (6)
19、其中n为环境修正次数(n＝1,2,……n)，kp'n-1、ki'n-1为第n-1次修正后的参数，当n＝1时，优选地，kp'0＝1.4，ki'0＝181；
20、④将修正后参数kpn、kin传输给pid控制器，作为pid算法的比例系数和积分系数，达到自适应控制。
21、作为优选，温度偏移量temp_offset计算如下：
22、temp_offset＝t外-t (7)
23、其中t外为外部环境温度，t为根据不同室温设置的基准温度。
24、作为优选，温度差值e的计算如下：
25、e＝tset-t内 (8)
26、其中tset为设定加热温度，t内为当前内部温度；
27、温度变化率ec的计算如下：
28、
29、其中t’内是上一次测量的内部温度，t是两次内部温度测量的时间差。
30、作为优选，步骤一采集铷原子气室的内部温度t内采用铂电阻。
31、作为优选，步骤三所述加热电路采用mos管加热，控制器通过输出控制电压控制mos管g极以控制mos管加热功率。
32、作为优选，所述mos管位于铷原子气室的顶部和底部。
33、第二方面，本专利技术提供一种基于模糊pid的高精度铷原子气室温度控制系统，包括以下模块：
34、温度采集模块，用于采集铷原子气室内外环境温度数据；
35、改进模糊pid控制模块，输入温度采集模块得到的温度数据，得到温度控制参数值；
36、加热模块，用于接收温度控制参数值并调整加热温度。
37、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
38、本专利技术对模糊pid算法进行改进，向其中引入环境矫正变量再进行输出，减少了铷原子气室外部环境温度对于气室内升温的扰动，既保证了温度控制精度和温度控制稳定度又能良好的对抗外界干扰，满足铷原子气室内温度精准控制的要求。
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1.一种基于模糊PID的铷原子气室温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，所述改进模糊PID算法具体为：
3.根据权利要求2所述的基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，温度偏移量temp_offset计算如下：
4.根据权利要求2所述的基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，温度差值e的计算如下：
5.根据权利要求2所述的基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，α＝1，β＝2。
6.根据权利要求2所述的基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，当n＝1时，Kp'0＝1.4，Ki'0＝181。
7.根据权利要求1所述的基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，步骤一采集铷原子气室的内部温度T内采用铂电阻。
8.根据权利要求1所述的基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，步骤三所述加热电路采用MOS管加热，控制器通
9.根据权利要求7所述的基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，所述MOS管位于铷原子气室的顶部和底部。
10.一种基于模糊PID的高精度铷原子气室温度控制系统，其特征在于，包括以下模块：
...【技术特征摘要】
1.一种基于模糊pid的铷原子气室温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模糊pid的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，所述改进模糊pid算法具体为：
3.根据权利要求2所述的基于模糊pid的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，温度偏移量temp_offset计算如下：
4.根据权利要求2所述的基于模糊pid的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，温度差值e的计算如下：
5.根据权利要求2所述的基于模糊pid的高精度铷原子气室温度控制方法，其特征在于，α＝1，β＝2。
6.根据权利要求2所述的基于模糊pid的高精度铷原子气室温...
【专利技术属性】
技术研发人员：王敬安，韦博，杨国卿，梁尚清，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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