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上海精宏水分测定天平红外干燥箱温度智能控制方法研究

[导读]本研究来源于实验室与上海良平仪器仪表有限公司合作项目——水分测定天平。干燥箱是水分测定天平的重要组成部分,

本研究来源于实验室与上海良平仪器仪表有限公司合作项目——水分测定天平。干燥箱是水分测定天平的重要组成部分,对它的温度控制是研制水分测定天平的关键问题之一,涉及到传热学、温度快速准确检测、过程控制等技术。根据市场调研和项目需求分析,目前水分测定天平干燥箱加热程序主要分为两类,一类是针对含糖量高、极易炭化的样品的干燥失水过程,温度上升较为柔和;另一类针对需要快速失水的测量过程。温度的准确测量是实施有效控制的前提,本文对温度传感器Pt100的静态、动态误差进行深入研究,重点分析红外干燥箱内温度因传感器动态测量误差大导致的温度超调问题,通过建立传感器的数学模型,对其进行动态补偿。经测试,补偿后的传感器动态特性明显改善,测温时间显著减少。同时针对传感器测量值与样品温度的误差,从硬件上对现有方法进行改善,以减小两者误差,为温度的有效控制提供保证。红外干燥箱具有非线性、时变性和不对称性等特点,常规PID控制参数固定,因此控制精度不高、效果较差,本文针对常规PID控制不足,对其比例、积分、微分环节的作用进行研究,运用凑试法对干燥箱系统PID进行实际整定,为PID参数自整定算法的研究提供规则和经验。在PID整定经验基础上,实现一种基于模糊推理的PID自调节方法。首先采用凑试法得出PID参数初始值和参数变化范围;然后在加热过程中,以温度偏差及其变化率为输入量,依次经模糊化、模糊推理、解模糊化,输出PID参数的调整值,实现PID参数随响应过程的自动调节;最终解决常规PID在时变系统控制精度不高等问题。针对需要快速失水,对超调要求不高的干燥过程,设计一种基于规则的红外干燥箱仿人智能温度控制算法。在响应过程中,根据特征辨识结果和控制规则,进行灵活的多模态决策,综合运用Bang-Bang控制、比例控制、保持控制、比例积分控制,以充分发挥Bang-Bang控制和比例控制快速消除误差的优势和比例积分控制消除静态误差的能力。其中采用模糊推理,对比例控制的系数在线整定。最终形成红外干燥箱温度智能控制算法。实际应用表明,所设计的模糊PID控制方法升温缓和,具有超调小、稳态精度高的特点;仿人智能控制方法具有一定超调,但升温迅速。设计的两种方法能很好满足不同样品对水分测定天平的烘干要求。

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