一種蒸汽養(yǎng)護(hù)窯溫濕度模糊解耦控制系統(tǒng)仿真研究

陳文科　唐黃正

摘 要：PC構(gòu)件（混凝土預(yù)制件）蒸汽養(yǎng)護(hù)溫濕度控制對象是一個(gè)強(qiáng)耦合、非線性、大滯后的系統(tǒng)，其控制非常困難。研究的PC構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)溫濕度模糊解耦控制系統(tǒng)，采用模糊控制對溫濕度分別進(jìn)行控制，并對輸出結(jié)果進(jìn)行解耦控制。通過Matlab/Simulink仿真，其結(jié)果表明該控制方式具有良好的控制效果，在快速性、穩(wěn)態(tài)性、精確性方面有較大提高。

關(guān)鍵詞：混凝土預(yù)制件；蒸汽養(yǎng)護(hù)；模糊解耦

中圖分類號：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）36-0012-02

1 概述

PC構(gòu)件（precast concrete）即混凝土預(yù)制件，通常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝加速自身硬化速率以提高生產(chǎn)效率。PC構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)由靜停、升溫、恒溫和降溫四個(gè)階段構(gòu)成，各個(gè)階段溫濕度參數(shù)控制效果直接決定PC構(gòu)件的質(zhì)量[2]。

傳統(tǒng)PC構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)依靠人工操作完成，溫濕度參數(shù)控制效果完全依賴操作者的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量無法保障[3]?；赑ID控制技術(shù)的PC構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)溫濕度控制系統(tǒng)，一定程度上提升了生產(chǎn)效率，改善了PC構(gòu)件養(yǎng)護(hù)質(zhì)量[4]。由于蒸汽養(yǎng)護(hù)窯無法建立數(shù)學(xué)模型，溫濕度參數(shù)存在大滯后的特性，PID控制控制效果一般。模糊控制理論引入該系統(tǒng)，改善了控制效果，但忽略了溫濕度高耦合對系統(tǒng)的影響[5]。

本文提出了一種PC構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)溫濕度模糊解耦控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了Matlab/Simulink仿真研究。

2 溫濕度模糊解耦控制算法

溫度、濕度對象可近似為兩階微分的大滯后環(huán)節(jié)。由于養(yǎng)護(hù)窯是一個(gè)密閉空間，溫濕度存在嚴(yán)重交叉耦合，其耦合關(guān)系如圖1所示。

為了獲得較優(yōu)的控制效果，提出了一種如圖2所示的溫濕度模糊解耦控制方案。

圖中，Tref、Href分別表示溫度給定值和濕度給定值，Tf、Hf分別表示溫度反饋值和濕度反饋值，eT、eH分別表示溫度偏差和濕度偏差，ecT、ecH分別表示溫度偏差變化率和濕度偏差變化率，uT、eH分別表示溫度模糊控制量和濕度模糊控制量，uTJ、uHJ分別表示溫濕度解耦溫度控制量和溫濕度解耦濕度控制量，參數(shù)？漬1、？漬2分別表示溫濕度解耦系數(shù)，取值范圍[0，1]，根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)嘗試不同的系數(shù)，寫入控制程序中。

3 溫濕度模糊解耦控制算法仿真

采用Matlab/Simulink軟件對溫濕度模糊解耦控制算法進(jìn)行仿真研究，完成了濕度常規(guī)PID控制與模糊解耦濕度控制對比研究。圖3、圖4分別為常規(guī)PID濕度輸出響應(yīng)和模糊解耦濕度控制輸出響應(yīng)特性曲線。由圖3可知響應(yīng)特性指標(biāo)為：調(diào)節(jié)時(shí)間ts=60s，超調(diào)量？滓%約為30%，穩(wěn)態(tài)誤差ess=0；由圖4可知響應(yīng)特性指標(biāo)為調(diào)節(jié)時(shí)間ts=25s，超調(diào)量？滓%約為0，穩(wěn)態(tài)誤差ess約為4%。對比數(shù)據(jù)可知，模糊解耦濕度控制響應(yīng)特性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制響應(yīng)特性。

4 結(jié)束語

本文提出了一種蒸汽養(yǎng)護(hù)窯溫濕度模糊解耦控制系統(tǒng)，并對控制算法進(jìn)行了Matlab仿真。結(jié)果表明有效解決了養(yǎng)護(hù)窯非線性、大滯后帶來的控制模型無法建立、溫濕度耦合嚴(yán)重的問題，確保了溫濕度輸出的響應(yīng)特性。

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