一种自整定PID节能温度控制方法及模块

本发明涉及一种自整定PID节能温度控制方法，首先设定目标温度值、控制周期、采样周期和阈值温度差，提升负载加热功率，获取被控对象当前区域温度采样值，并结合采样周期计算温升速率，通过粒子群算法(PSO)和差分进化算法(DE)相结合的PSO‑DE算法对PID控制参数进行调整并运算，然后根据运算结果调节一个控制周期输出脉冲的占空比，进而调节加热功率输出，使采样到的温度采样值与被控对象实际的温度值近似相等，减小加热惯性所带来的温度误差，同时可精准控制加热功率，节能效果明显；一种自整定PID节能温度控制模块，包括上述自整定PID节能温度控制方法，能精准控制加热功率，节能效果明显。

技术领域

本发明涉及节能温度控制领域，具体涉及一种自整定PID节能温度控制方法及模块。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，现代工业能耗随着生产规模的扩大而不断增加，其中加热型能耗在工业负荷能耗中占着很大的比重，为了实现节能降耗的发展目标，同时提高加热工艺水平，对加热型负荷的温度控制精度与节能要求越来越高。

现代工业生产中对温度控制普遍采用具有结构简单、易实现、响应快等优势的PID算法。传统的PID控制是结合被控对象动态特性，由专家的经验进行人工调试，调整完参数不再变化，限制性较大。随着温度控制环境与需求的多样化，控制系统的日益复杂，出现了一些改进的PID控制算法，如Z-N自整定算法，直接根据控制对象的控制效果完成参数整定计算，虽然提升了温度控制精度，但需要将整定好的参数固化预存于外部储存器。

针对现有文献检索发现，文献《基于PSO的自整定PID温度控制研究》(田艳兵；化工自动化及仪表)提出了一种基于PSO的自整定PID温度控制方法，相较于传统PID算法相对简单，温控精度高，不需要复杂编程，但还是摆脱不了PSO算法的局部最优解缺陷；文献《智能温度模糊控制PID系统设计》提出了一种模糊控制系统设计方案，动态性能好，但高精度控制对应的模糊规则较为繁杂。与此同时，现有文献多数研究提高温控精度的方法，对提高温控精度与降低加热能耗有机结合的方法关注较少。

发明内容

针对以上不足之处，本发明提出一种自整定PID节能温度控制方法，其基于PSO-DE算法自整定，并结合差分进化算法局部搜索能力强的优势，解决了PSO算法易陷入局部最优的问题，然后利用调整后的PID参数进行运算，并将运算结果转换为一个控制周期输出脉冲的占空比，进而调节加热功率的输出，使采样到的温度采样值与被控对象实际的温度值近似相等，减小加热惯性所带来的温度误差，此外，因为提升了加热功率，输出脉冲的占空比减小，在提高温度控制精度的同时，具有显著的节能效果。

本发明还提供一种自整定PID节能温度控制模块，其能同时提高温度控制精度以及降低加热能耗。

一种自整定PID节能温度控制方法，包括如下步骤：

步骤一：数据初始化，设定目标温度值、控制周期、采样周期和阈值温度差；

步骤二：提升负载加热功率以提高被控对象当前时刻目标区域温度；

步骤三：获取被控对象当前时刻目标区域温度采样值；

步骤四：根据步骤三中获得的温度采样值结合采样周期计算温升速率；

步骤五：根据当前时刻所述温度采样值与温升速率进行基于PSO-DE的PID参数自整定；

步骤六：根据调整后的PID参数进行运算，调节负载加热功率输出，完成一次功率调节；

步骤七：重复步骤三至步骤六，直至达到所述目标温度值。

上述的自整定PID节能温度控制方法，在步骤一中，为确保温度控制精度，所述控制周期和采样周期主要根据被控对象的体积、起始温度和环境散热速率进行设定。

上述的自整定PID节能温度控制方法，当设定目标温度值与当前时刻温度采样值之差为阈值温度差时，本自整定PID节能温度控制方法开始执行。

上述的自整定PID节能温度控制方法，所述提升负载加热功率通过提升加热电源电压实现。

上述的自整定PID节能温度控制方法，步骤四中，温升速率为H，对温升速率H进行计算的公式为：