催青室温湿度的广义预测控制设计与仿真.pdf

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1、轻工科技2013年10月’第l0期(总第179期)LGHTNDusTR．YscENcEANDTECHNOLOGY计算机与信息技术催青室温湿度的广义预测控制设计与仿真张银君，苏建欢(河池学院物理与机电工程学院，广西宜州5643O0)【摘要】以催青室的温湿度为研究对象，构建温湿度数学模型，研究基于广义预测PID算法的控制方案。由于催青室的温湿度是一个非线性、滞后的系统，而传统的PID算法具有结构简单，控制精度不高等缺点，所以本文在此提出基于广义预测算法的控制方案并成功应用到催青室的温湿度控制系统上，仿真实验表明，这种方法不仅可以提高系统的动态性能，比传统

2、的PID算法具有更好的控制品质，提高了蚕种的孵化率。【关键词】催青室温度；广义预测算法；PIDq；~]【中图分类号】TP273【文献识别码】A【文章编号12095—3518(2013)10—76—021引言w(t)=y(t)，w(t+j)=鲫+一1)+(1+)y(￡)，=1,2，⋯，N(3)在蚕种的催青室中，影响蚕种的孵化率有很多因素，诸如温式中：y(f)为当前设定值；为柔化因子，0<<1。为度、湿度、空气和光的强度等，因为这些因素能直接决定了蚕种了得到j步后输出r(k+y1的最优预测值，使用方程(4)、(5)。孵化的整齐程度和本体的强健程度，从而影

3、响了整个蚕茧的质(g)(g)△+r(q)=1，=1，2，⋯，N(4)量。在这些因素中，最重要的是温湿度。目前温湿度的控制尤(g)(g)=(g)q(g)，：1，2，⋯，N(5)其是在农村地区主要是仪表法，这样的过程费时费力，控制精度式中：差。而后发展起来的PID控制方法对于控制这种非线性，滞后的系统控制效果也不是很好，并且PID控制是依赖于经验值，这(q)-e。+e。q+⋯一。q；(g)一q+⋯q一；样的PID控制方法由于环境的不同又要重新设置，自动化程度(g)=g0+e。q+⋯一．q；Hj(q)=：+怕+⋯4-一jq。不高，没有一定的广泛性，不能很好

4、的对整个催青室进行全程自也可将q算子省略，由式(1)(4)(5)可得式(6)嘲：动化控制，这样也会影响催青的质量，难以适应当前蚕业的生产y(t+j)=GAu(t+j—1)+F~y(t)+A(u一1)+(￡+J)(6)快速发展的需要。为此本文提出使用广义预测算法对传统的因为+)是t时刻后的白噪声，将其舍去，假设j>N时，PID进行改进，可实现自动调整反馈值，仿真实践表明，此系统具au(t+一1)=0令：有良好的动态性能和可靠性。Y=+1⋯，y(f+ⅣU=【Au(c)，⋯，A(t+Nz一1)]2广义预测控制器F=[F，，，：，⋯，】，H=[H。，⋯，HN

5、】广义预测控制(GPC)是一种通过在线辨识获得模型参数，go再利用模型参数实现多步预测和滚动优化的自适应模型预测控glgo制算法，因此广义预测控制既有一般模型预测控制的特点，又有：：go自适应控制的特点【1]。广义预测控制的特点是模型参数少，能够G=gN一1gNo一2⋯g。在线辨识，其反馈值能不断反复进行优化，这些特点对于那些环境不确定，干扰因素多的场合表现出很强的适应性。模型为gN一1gN一2⋯gN—NCARIMA[2I3】，式为(1)：将式(6)写成向量形式：a(q)y(f)=曰(g)(一1)+()，△(1)y=GU+Fy(t)+HAu(t一1)

6、(7)式中：A(q)=l+01g-1+⋯+oMq一№；将式(2)写成定量形式：B(q-)：6。+6。q+⋯+6q～；△=1-q～；q-；是向后移动时间算．，=【(y一)](y—W)+AUU(8)子；y(t)，u(t)，(t)分别是系统的输出、输入和噪声信号。控制令OJ／OU=0，则取最小值的控制规律为式(9)(10)：器的目标函数为式(2)：Gr[GU+Fy(t)+月．△uO一1)一W1+AU=0(9)-，=∑(于+l)一+))+A∑(Au(t+j一1))(2)u=(GrG+AI)G1一Fy(t)一HA(t—1)】(10)J1JI取u的第一个分量hu

7、(t)，则u(t)=u(t-1)+au(t)即为所求式中：于(+jlt)是(+)的预测值；N，Nu和A分别代表预测的控制量。步长、控制步长和控制量加权因子；(H．f)是设定值的柔化序列，由方程(3)产生。【作者简介l张银君(1984一)，男，广西宜州人，讲师，研究方向：控制理论。763系统建模5结论已知某催青室的在一个房间中需要8个温度变送器，1台选从仿真结果可以得出：基于广义预测的催青室温湿度控制择器，1台加法器和1台控制器其温湿度控制系统可用如图1所系统，不仅有了稳定的控制曲线，其动态性能也十分满意，并且示。具有良好的跟踪效果和控制精度，此已经成

8、功应用于广西宜州市蚕种厂，长期使用表明，该系统收敛效果显著，也更加平稳，提高了蚕种的孵化率，从而提高了经济效