1、引言
藥廠潔凈室的溫濕度控制系統不同于一般的空調控制系統。藥廠潔凈室內的溫濕度要求控制精度比較高，其室內溫度與濕度之間存在交叉耦合情況，即溫度控制會引起濕度變化，濕度控制也會引起溫度變化。因此，藥廠潔凈室的溫濕度控制是一種非線性的、滯后的、時變的復雜過程，這種系統若采用傳統的PID控制來實現顯然是不適宜的。現有的研究和實踐表明，對于無法取得數學模型或數學模型相當粗糙的系統，采用模糊控制可以達到令人滿意的效果。本文就是針對藥廠潔凈室的溫濕度控制，提出了一種串級控制的PID參數模糊自調整方法。并采用了分段的控制方法，設計出一套，該系統能顯著提高潔凈室空調系統的運行效果和經濟性。

2、系統原理
溫濕度控制系統的被控參數是潔凈室的溫度和濕度。溫度與濕度通過溫度傳感器與濕度傳感器輸出的電信號送到控制器《戶LC）后，經過A/D轉換。控制器根據A/D轉換后的溫濕度偏差和溫濕度偏差變化率，經過模糊自調整PID的調節，然后通過送風溫度、回風溫度的串級控制和分段控制，并設置了PID控制容限，將PID的輸出分成加熱、制冷或加濕信號，來分別控制熱水閥、冷水閥和加濕閥的開度，從而實現了對室內溫濕度的控制。

3、系統的設計
該系統設計目標就是根據上述原理來實現對潔凈室的溫濕度進行監控與控制:在潔凈室內可根據需要調節溫濕度，或在遠程機房內對潔凈室內的溫濕度進行遠程控制，以保證室內溫濕度的恒定。基于PID參數模糊自調整、串級控制和分程控制的潔凈室溫濕度控制系統結構圖如圖1所示。下面就該系統中所采用的PID參數模糊自調整機構的設計和串級控制、分段控制的實現過程進行描述。
3.1 PID參數模糊自調整機構的設計
PID參數模糊自調整機構的設計思想是首先找出PID三個參數與偏差e和偏差變化率△e之間的模糊關系，并在運行中通過不斷檢測e和計算△e,然后根據模糊控制原理來對三個參數進行在線修改以滿足在不同e和△e時對控制器參數的不同要求，從而使被控對象具有良好的動、靜性能。PID參數模糊自調整機構如圖，所示。
PI D參數模糊自調整機構設計過程:
常規PID控制器的傳遞函數為:
G（s）=Kp+Ki /S+Kd/S （1）
其中，Kp、Ki、Kd分別稱為比例增益、積分增益和微分增益。

將（1）式轉化為另一種等價的形式為:
U（t）二Kp[e（t）+（∫e（t）dt）/Ti+Td ×de（t） /dt]
其中：Ti=Kp/Ki、Td=Kd/Kp分別稱為積分時間常數、微分時間常數。
KP和Kd的變化范圍為[Kp,min, Kd,max]和[Kp,miln,Kd，max]，這個范圍可以根據經驗或實驗結果來確定。為了方便，Kp和Kd通過以下線性變換，歸一化到0和1之間的參數Kp’和Kd’：
Kp’=（Kp一Kp,min）/（Kp , max一Kp,min）
Kd’ = （Kd一Kd,,min）/ Kd , max一Kd,mln）
在參數調整時，根據當前的偏差e和偏差變化率△e來確定參數，積分時間常數由微分時間常數決定:Ti=aTd
積分增益Ki=Kp/（ aTd）= Kp 2 /（ a Kd ）
其中參數Kp’和Kd’和a由一組模糊規則得到。
利用模糊推理的方法，可以得到三組控制表:
其中:論域定為:{-6，-4，-2,0,2,4,6}，模糊詞集為:
{NB，NM,NS,ZO,PS,PM，PB}。隸屬函數取為三角形隸屬函數，通過隸屬函數可方便的求得輸入變量的賦值表，利用附值表及模糊控制規則，通過拉森算法，可得到模糊控制規
則表如下所示。
Kp’和Kd’的論域為{0,1}，模糊詞集為:{BB，S5} 。
e的論域為[2,3,4,5]，模糊詞集為{SS, MS,MM, BB}。

一旦得到Kp’、 Kd’和a后，按下式就可計算出PID的各
個參數如下:
Kp=（ Kp,max一Kp,min） Kp’十Kp,min
Kd = （Kd,max一Kd,min） Kd ‘+ Kd,mln
Ki= Kp 2/（ a Kd）
對于不同的過程，踢和隔的范圍可定義為:
Kd,min=0. 32Ku，Kp,max = 0. 6 Ku，Kd,min=0. 08
Ku Tu，Kd,max= 0.15 Ku Tu
式中Ku和Tu。分別是在比例控制下增益和振蕩周期。
我們在控制系統的軟件中通過應用上述算法，使這種模糊自調整機構按偏差信號及其變化趨勢的大小、方向等特征，通過模糊推理對P.LD參數做出了相應的調整，從而提
高了系統的控制精度。

3.2串級控制
潔凈室溫濕度控制是一種典型的大慣性大延時系統，對于這種過程控制中存在大遲延的系統，我們采用了串級PID控制。系統中主回路控制的是一個大遲延的對象（回風溫度），其對控制品質要求較高，用傳統PID控制往往很難達到滿意效果。為此，我們在主回路的PID控制中嵌入PID參數模糊自調整機構（見圖），其副回路是一個快速對象，而且控制精度要求不高（送風溫度），我們保持傳統的PID控制，用比例P控制，參數調整用傳統的（Ziegle - Nfohol）方法即可。這樣控制的目的是:為使房間溫度離設定值很遠時，加大閥的動作，偏差較小時，減慢閥的動作，從而可以避免冷、熱水閥頻繁的開關。

3.3分段控制
考慮到節能的需要，為了避免冷、熱水閥同時打開，我們在中在控制冷、熱水閥時采用了分段控制的方法，其控制過程為:控制器的輸出我們在軟件中可以轉換為一個對稱的區間范圍，例如一到100 %，通過分段過程后分成兩個信號的輸出，即一到一5%（可以根據實際情況來設置）,5%到，00 %，由于冷熱水閥不能切換的太快，所以有一個延時過程，通過這兩個信號來分別控制熱水閥和冷水閥的開度。冷水閥和加濕閥的分段控制原理與熱水閥和冷水閥的原理相同，這里就不再贅述了。系統中的分段控制是通過在軟件中采用Saia公司的PG5軟件的SEQ一HC模塊來實現的。冷水閥和熱水閥的分段控制過程示意圖如圖2所示。

在圖2中:X軸表示通過分段控制模塊分出的兩個輸出信號，丫軸表示兩個輸出信號控制的閥的開度。
實際實現過程為:送風和回風溫度串級控制輸出后再經過分段控制，把一到一5%的信號和濕度控制經過分段后的一到一5%的信號疊加來共同控制冷水閥，溫度分段后的5%到，00%的信號則直接控制熱水閥的開度，濕度分段后的5%到，00%的信號則控制加濕閥的開度。

4系統應用
在實際應用中，該系統的下位機采用了瑞士Safa公司的智能控制器PCD，系統自動根據房間回風溫度、送風溫度與送風濕度的串級調節，進行模糊PID調節，分段控制冷、熱水閥的開度，保證房間溫濕度在控制范圍內。現場控制柜采用Easyview的觸摸屏，可以方便的監控溫濕度值、壓力值、閥的開度、報警，或在線修改PID參數等，方便了現場的調試和維修。上位監控界面是利用開物2000開發的基于web方式的應用界面，可實現遠程的監控各空調機組的運行狀態。下位機采用Saia公司的M520通信卡，以RS232通信方式實現上位機與各空調機組通信。而且，該系統采用了網絡冗余的方法，提高了系統的可靠性。

5 結束語
該系統經過一段時間的運行表明，系統超調量小，控制性能穩定，抗*力強，達到了用戶的要求，控制誤差在士1度，相對濕度在士5%以內，取得了滿意的效果，操作也比較簡便，達到了藥廠潔凈室運行率、低成本的目的