溫度、濕度模型和MIMO控制算法

使用ecICP建模，控制器設(shè)計(jì)和參量設(shè)定，使用ecCST確定控制算法

本文以溫度/濕度控制系統(tǒng)為例，介紹ecICP和ecCST在2x2的MIMO(Multiple Input / Multiple Output)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

上述的裝配圖是車(chē)用空調(diào)和加濕器的簡(jiǎn)化圖。使用優(yōu)化的控制系統(tǒng)，可以達(dá)到溫度和濕度的設(shè)置點(diǎn)。這個(gè)操作的難點(diǎn)在于空氣中的溫度和濕度是高度相關(guān)的。換句話說(shuō),加熱能增加空氣溫度而減少空氣濕度，同樣的，打開(kāi)加濕閥門(mén)增加濕度，空氣的溫度就降低。

控制器的作用是實(shí)現(xiàn)溫度和濕度達(dá)到駕駛員的設(shè)定值，特別是設(shè)定值需要改變的情況。這個(gè)控制器系統(tǒng)是非線形的，參數(shù)高度耦合。傳感器用于溫度和濕度檢測(cè)，加熱量Hp和加濕量Hv用于控制溫度和濕度(THAC = temperature/humidity air condition system)。

為了得到THAC的特性，逐步變化加熱量Hp、同時(shí)打開(kāi)加濕閥門(mén)Hv。同時(shí)改變參量可以動(dòng)態(tài)觀察兩個(gè)相關(guān)物理量之間的耦合。

圖_1是測(cè)試結(jié)果，從上到下依次表示溫度、濕度、加熱量和加濕閥門(mén)開(kāi)口。圖中左側(cè)和右側(cè)紅線之間的區(qū)域用來(lái)產(chǎn)生2x2的MIMO模型。

為了獲得優(yōu)化的控制器參數(shù)，使用ecICP軟件。不需要深入的建模和控制器設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，ecICP 可以快速設(shè)計(jì)SISO（單輸入單輸出）和MIMO（多輸入多輸出）系統(tǒng)的控制器和參數(shù)。

ecICP使用圖_1所示的測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入輸出獲得系統(tǒng)的模型特征。同時(shí), ecICP自動(dòng)生成控制器，及其去耦單元。

圖_2a和圖_2b是模型響應(yīng)曲線。

圖_3的a和b顯示了ecICP自動(dòng)設(shè)計(jì)和參數(shù)化的溫度和濕度控制器的參數(shù)。如上所述,同時(shí)得到控制器去藕?jiǎn)卧膮?shù)。MIMO控制器的構(gòu)成如圖_4所示。

圖_3: 在ecICP中生成的主控制器參數(shù)

ecICP自動(dòng)檢測(cè)控制器構(gòu)成。本例中是類(lèi)似PI/PID的構(gòu)造。根據(jù)需要也可以設(shè)計(jì)低次或高次冪的控制器。從測(cè)試數(shù)據(jù)到模型生成和控制器的設(shè)計(jì)，整個(gè)過(guò)程只需要鼠標(biāo)點(diǎn)擊和幾秒鐘時(shí)間就能夠完成。

ecCST是類(lèi)似于Simulink和LabVIEW的模擬環(huán)境，用于實(shí)時(shí)的仿真。上述控制器參數(shù)可以提供給ecCST進(jìn)行控制器算法仿真。ecCST控制算法也可以用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)和ECU，以快速獲得設(shè)計(jì)原型。

在THAC的例子中,兩個(gè)主控制器和兩個(gè)去藕?jiǎn)卧斜匾瑫r(shí)發(fā)揮功能。圖_5顯示了隨著設(shè)置點(diǎn)的變化，溫度和濕度控制在允許的誤差范圍內(nèi)。