最佳環境溫度控制策略及實現

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Title:	最佳環境溫度控制策略及實現 Optimal Environment Temperature Control Strategy and Implement
Authors:	謝燿聲 Hsieh, Yao-Sheng
Contributors:	冷凍空調系
Keywords:	Smith預估器 Smith predictor
Date:	2007
Issue Date:	2008-10-06 14:07:11 (UTC+8)
Abstract:	目前環境控制的應用甚廣，例如無塵室、低溫的環境以及空調的環境等皆須要環境控制。在工業應用中如油冷卻機、空調系統之恆溫恆溼環境等皆存在著延遲滯後的問題，當控制此類系統運轉時有明顯的超越(maximum overshoot)現象，影響整體系統控制性能。為了研究改善以上之問題。本研究利用三種不同控制策略(一般傳統PID控制、PI-PD策略控制與Smith預估器控制)分別針對制熱部份(室內空氣加熱系統)及製冷部份(油冷卻機變頻油溫控制系統)進行模擬、分析與比較其控制性能。一般傳統PID控制器中，其比例、積分和微分動作皆在順向路徑上進行，依設定點和輸出之間的偏差做修正動作，如此可能導致微分的突變現象(derivative kick)。本研究針對此問題，在實務上採用兩個市售泛用的PID控制器形成雙PID架構，其PI控制器置於順向路徑、PD控制器置於回授路徑，如此可抑制微分突變的問題及抑制超越現象，進而達到高精度之制冷及制熱系統控制、並具低成本之優勢。在Smith預估器控制部份利用辨識出之系統模型，配合本研究所推導的簡易公式來設計控制器，發現只要控制器設計得當，便可僅使用一個簡單市售的PID控制器，即可實現精準之回授控制。經由模擬及實測結果證明此二種系統在固定負載及變動負載的情況下，皆能符合工業要求的溫度追蹤性能，對系統干擾有甚佳之抑制特性，其精確度約可達±0.2℃。一般工業控制為了達到高精密度與高性能之要求，常需搭配個人電腦(PC-based)及數位信號處理器(DSP-based)來實現，存在著價格昂貴、維修不易、操作複雜之問題。本研究所研發的二種控制的實現方法( PI-PD策略控制、Smith預估器控制 )僅須利用市售泛用的PID控制器即可實現高精度之控制，具有架構簡單、低成本且易於現場調控之優點，故極符合工業應用所需求。
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