PID算法在冷藏温控中的应用

摘要:采用PID调节算法,配合吸气调节装置,根据负荷的变化对机组能力进行实时调节,以实现密闭的冷藏空间内的温度精确控制,并总结出确定PID调节系数的通用步骤。

Abstract: Using PID arithmetic,with suction modulating equipment,adjust the capacity of the refrigeration unit real-time according to the different load,to control the temperature accurately of an airtight room age,and conclude the common step of finding out the parameter of PID.

关键词:PID;吸气调节装置;温度控制

Key words: PID;suction modulating equipment;temperature control

中图分类号:TB66 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0190-01

1PID算法介绍

PID调节器是一种线性调节器,它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量,对控制对象进行控制。

1.1 PID调节器的微分方程。

u(t)=KPe(t)+e(t)dt+TD

1.2 PID调节器的传输函数。

D(S)==KP1++TDS

1.3 PID算法的差分公式。

u(n)=KPe(n)+e(i)+[e(n)-e(n-1)]+u0

=uP(n)+uI(n)+uD(n)+u0

2制冷机组的设计目标

在某一密闭的冷藏空间内,需实现-10-+10℃之内任意冷藏温度的精确控制,要求温度控制精度为±0.2℃。

制冷机组采用定频压缩机,进行能力调节则需增加一个吸气调节装置。吸气调节装置应用于制冷机组低压侧,一般通过步进电机来控制其开度大小,吸气调节装置开度的调节会直接影响制冷系统中压缩机的吸气量,从而控制机组的能力输出。

3温度控制的PID转化

3.1 确定控制对象。

精确控制冷藏空间内的温度,要求控制精度为±0.2℃,其控制对象为机组的送风温度,控制目标为机组的设定温度,在控制过程中,需根据房间内负荷的变化实时调节机组输出能力值,确保机组送风温度与设定温度逐渐逼近,最终稳定在可接受的误差范围之内。

机组的送风温度与机组能力输出相关,机组的能力输出与吸气调节装置的开度相关,因此,最终的直接控制对象为吸气调节装置的开度控制,控制方法采用PID调节。

3.2 PID调节系数对调解效果的影响。

PID调节中,系数的确定非常重要,Kp、Ki、Kd会直接影响到调节效果和调节速度。

Kp:合适的Kp值是PID调节的关键,Kp过小,会造成调节缓慢,静态偏差过大;Kp过大,会造成调节过量甚至调节不稳定的情况。

Ki:调节中加入I控制,其主要目的在于消除P控制带来的静态偏差,若Ki偏小,则积分作用不明显,静态偏差消除很慢;若Ki偏大,则调节稳定性会变差。

Kd:D控制是用于增加调节系统的稳定性,Kd偏大,会引起受控参数波动频繁;Kd偏小,微分环节超前调节作用不明显,对于改善调节品质作用不明显。

Kp、Ki、Kd三个系数是互相联系、互相影响的,一般通过实验的方法来确定各个系数。

3.3 实验方法确定PID调节系数。

机组要求在-10-+10℃之内任意冷藏温度的精确控制,设计时重点考虑设定温度为0℃时的情况。

①假定Kp=2,Ki=0,Kd=0,从机组对冷藏空间温度控制的数据可以看出,Kp偏小,对机组能力控制不够,出现了调解过量情况,需增大Kp值。

②假定Kp=5,Ki=0,Kd=0,从机组对冷藏空间温度控制的数据可以看出,Kp偏小,对机组能力控制过度,出现了调解不够情况,调节后的静态偏差较大,有1.2℃左右,需减小Kp值。

③假定Kp=3.7,Ki=0,Kd=0,机组对冷藏空间温度控制数据为:

④参照Kp确定的方法,确定Ki、Kd值,最终确定当Kp=3.7,Ki=0.5,Kd=2时,机组对冷藏空间温度控制数据为:

4结论

4.1 利用PID调节算法,配合吸气调节装置,根据控制对象负荷的变化来调节机组输入能力,可以实现温度的精确控制。

4.2 PID算法中,最重要的是确定Kp、Ki和Kd三个参数,最好的办法是采用实验的方法快速确定。

4.3 如果需要实现较宽范围内的温度调节,可以根据实际情况对Kp、Ki和Kd进行分段处理,即在不同的区间采用不同的调节系数值,以确保调节效果的快速准确性。

参考文献:

[1]朱瑞琪.制冷装置自动化[M].西安:西安交通大学出版社,2009.

[2]陈芝久,朱瑞琪,吴静怡.制冷装置自动化[M].北京:机械工业出版社,1997.