[发明专利]基于极点配置和帕德近似的空调系统温度控制方法

说明书

本发明提出了一种基于极点配置和帕德近似的空调系统温度控制方法，在空调系统内采用PID控制器，则用于控制空调系统温度的空调温度闭环控制系统的特征方程为：(Tτ‑KτK_d)s³+(2T+τ+2KK_d‑KτK_p)s²+(2+2KK_p‑KτK_i)s+2K_i＝0，其中T为被控对象的时间常数，K为放大系数，τ为温度对象的延迟时间，K_p、K_d、K_i为PID控制器的三个控制参数，s为被控的温度对象的值。该方法结合了极点配置和帕德近似算法两者的优点，有效解决了时滞对空调系统温度控制的影响。后续的仿真结果证明，相比于传统PID控制和Smith预估补偿控制，本发明提出的基于极点配置和帕德近似的控制器具有更好的动态性能和更强的鲁棒性。本发明提出的控制方法也适用于具有时滞的其它被控对象，具有一定的应用和推广价值。

技术领域

本发明涉及空调系统温度控制领域，特别涉及一种基于极点配置和帕德近似的空调系统温度控制方法。

背景技术

在空调温度系统的温度控制过程中，在一定的条件下，其被控对象可以看成一个具有时滞的一阶环节，该时滞的存在增加了空调系统的温度控制难度，降低了空调系统的控制品质。传统PID控制作为最常用的一种控制方式，由于其参数易整定等特点而被广泛应用。但对于具有时滞的对象，PID控制常常得不到令人满意的控制效果。

Smith预估补偿控制是最早应用于时滞系统控制的方法，其通过引入一个补偿器，以削弱时滞对系统性能的影响。但由于Smith预估补偿控制太过于依赖精确的数学模型，在预测模型存在一定的误差时，控制效果将大大下降。后来提出的达林算法特点是将期望的闭环响应设计成一阶惯性加纯延迟，然后反过来得到满足这种闭环响应的控制器，其优点是结构简单，控制系统的鲁棒性好，但其实际应用效果较差。还有一种自适应控制方法，通过修正控制参数以适应对象和扰动的动态特性的变化，所以自适应控制方法对系统参数有良好的适应能力，但其依赖被控对象的数学模型，也难以实际应用。

发明内容

本发明提供一种基于极点配置和帕德近似的空调系统温度控制方法，用于解决上述问题。

为达到上述目的，本发明提供一种基于极点配置和帕德近似的空调系统温度控制方法，在空调系统内采用PID控制器，则用于控制空调系统温度的空调温度闭环控制系统的特征方程为：(Tτ-KτK_d)s³+(2T+τ+2KK_d-KτK_p)s²+(2+2KK_p-KτK_i)s+2K_i＝0，其中T为被控对象的时间常数，K为放大系数，τ为温度对象的延迟时间，K_p、K_d、K_i为PID控制器的三个控制参数，s为被控的温度对象的值。

作为优选，当所述特征方程求解得到的特征根中有一对共轭极点，还有一个为在平面直角坐标系中s的负半轴上的实数极点时：

(s²+2ω_nξs+ω_n²)(s+ω_o)＝0，其中ω_n为系统的无阻尼振荡频率，ξ为阻尼比，ω₀为实数极点离平面直角坐标系中坐标原点的距离。

作为优选，由于s³+(2ω_nξ+ω_o)s²+(2ω_nξω_o+ω_n²)s+(ω_n²ω_o)＝