药厂变风量空调温湿度控制系统的研究

作     者：徐天洋 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱晓龙

授予年度：2014年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：变风量系统 温湿度控制 机理建模 前馈解耦 模糊PID 

摘      要：药品是关系到人类健康和生命的产品,有着极其严格的工艺要求和生产条件。药品的质量除了与配方有密切的关系之外,生产环境也是至关重要的一个因素,而生产环境空气质量必须通过空气净化系统保障,温度和湿度恒定是药厂空气净化系统的主要控制指标。本文以某药厂空气净化系统的变风量空调温湿度控制为研究背景,首先介绍了药厂洁净室的相关知识、药厂净化空调的组成和原理、药厂洁净室空气调节的主要控制指标以及变风量空调系统的主要硬件组成和基本工作原理;其次,通过机理建模的方法,合理设定近似和假设条件,确定了将蒸汽流量阀和冷水阀作为温湿度控制的控制量,洁净室的温度、湿度作为被控量的两输入两输出的多变量控制系统的数学模型,即传递函数矩阵;然后,根据温湿度对象的数学模型所具有的耦合特点,设计原理简单、工程上易于实现的前馈解耦环节以获得更好的控制性能;在此基础上,针对原系统被控对象温湿度数学模型复杂、难以建立精确数学模型、非线性、时滞、参数时变和在线辨识困难等特点,加之传统PID在多变量控制系统中的局限性,本文提出使用基于前馈解耦的模糊PID控制器对变风量空调系统温湿度控制进行改进研究,利用模糊控制的灵活和自适应强、传统PID控制精度高的特点,得到最优的PID控制参数,从而提高系统鲁棒性能,增加温湿度控制系统的可控性,保证药厂的空气质量。最后,通过Simulink对基于模糊PID的温湿度控制系统系统分别在跟随性、抗干扰能力、被控对象模型失配三种情况下搭建仿真模型进行仿真,并分别与采用传统PID控制的变风量空调系统、前馈解耦的变风量空调系统的仿真结果对比分析。仿真结果表明,本文所设计的解耦模糊PID控制系统大大降低了系统的超调,具有更好地跟踪性能、抗干扰能力以及对象模型参数失配时控制系统具有良好的鲁棒性。