本文针对恒温恒湿试验箱控制系统的难题, 即多变量、非线性、强耦合以及大滞后的控制问题, 提出了可行的研究方法和研究方案, 并为自适应逆控制系统数学模型的建立设计了合理的实验方案、建模步骤。

恒温恒湿试验箱是指温度和湿度都能控制在指定范围内的试验箱, 主要用于机械产品、电子产品、生物医药、化工原料、农产品、水产品等材料在高温、低温、湿热等环境条件下贮存、运输、使用时的适应性试验。

由于恒温恒湿试验箱控制系统是一个具有多变量、非线性、大时滞、强耦合的热工系统, 在工程实际中, 每个回路单独运行都较正常, 但在所有回路同时工作时, 整个系统就会不稳定。这是由于恒温恒湿试验箱系统各控制回路之间相互耦合、相互影响、相互干扰造成的, 如果把这些回路看成是互不联系的而进行单独设计, 显然极不合理。因此, 解决多回路之间的耦合, 以达到稳定运行和精确控制是极为关键的。

1 在恒温恒湿试验箱控制中主要存在的难题

1.1 控制回路较多, 且相互耦合

控制系统由温度、湿度和压力传感器、变风量控制器、风机变频器、加湿装置及其调节阀、表冷器及其调节阀、新回风调节阀等组成, 含有送风温度控制、室内温度控制、室内相对湿度控制和末端风管静压控制4个控制回路, 且各回路相互耦合。

1.2 控制系统建模比较困难

恒温恒湿试验箱控制系统模型的建立是实现自动控制和系统辨识的基础。恒温恒湿试验箱控制系统模型模型有两种:解析模型和经验模型。前者研究恒温恒湿试验箱控制过程中的空气流动、传热、传湿等热力学特性;后者则根据实验或运行结果, 采用多项式拟合等近似方法获得恒温恒湿控制过程的经验模型。这些方法对恒温恒湿试验箱的设计和优化起了重要作用, 但都是从静态的角度考察温湿度控制过程。

温湿度控制过程是一个多变量、非线性、强耦合、大滞后、非稳态的复杂过程, 需要从动态的角度研究温湿度控制过程参数间的相互耦合关系, 为实现温湿度控制过程的在线监测和自动控制奠定基础。同时, 温湿度控制过程建模存在着一些无法弥补的缺陷, 如建立温湿度控制的数学模型时做的许多假设有时与实际不符。利用偏微分模型对温湿度控制过程进行模拟时, 模型的求解是通过反复迭代来完成的。不仅模型复杂, 求解困难, 而且需要很长的计算时间。

因此, 建立一个符合实际温湿度控制过程的理想的数学模型是十分困难的, 这直接影响了恒温恒湿试验箱的控制精度和控制效果。

1.3 检测仪表与传感器性能不稳定

检测仪表和传感器的性能直接影响温湿度的控制效果, 由于在恒温恒湿试验箱中选择的监测点的数量较少以及位置不合理, 往往是造成传感器采集的数据失真, 与实际情况有较大差异, 再加上国产的一些温湿度传感器的性能不稳定, 将会大大影响温湿度控制的效果。