一種蒸汽養護窯溫濕度模糊解耦控制系統仿真研究

陳文科　唐黃正

摘 要：PC構件（混凝土預制件）蒸汽養護溫濕度控制對象是一個強耦合、非線性、大滯后的系統，其控制非常困難。研究的PC構件蒸汽養護溫濕度模糊解耦控制系統，采用模糊控制對溫濕度分別進行控制，并對輸出結果進行解耦控制。通過Matlab/Simulink仿真，其結果表明該控制方式具有良好的控制效果，在快速性、穩態性、精確性方面有較大提高。

關鍵詞：混凝土預制件；蒸汽養護；模糊解耦

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

1 概述

PC構件（precast concrete）即混凝土預制件，通常采用蒸汽養護工藝加速自身硬化速率以提高生產效率。PC構件蒸汽養護由靜停、升溫、恒溫和降溫四個階段構成，各個階段溫濕度參數控制效果直接決定PC構件的質量[2]。

傳統PC構件蒸汽養護依靠人工操作完成，溫濕度參數控制效果完全依賴操作者的經驗，導致生產效率、產品質量無法保障[3]。基于PID控制技術的PC構件蒸汽養護溫濕度控制系統，一定程度上提升了生產效率，改善了PC構件養護質量[4]。由于蒸汽養護窯無法建立數學模型，溫濕度參數存在大滯后的特性，PID控制控制效果一般。模糊控制理論引入該系統，改善了控制效果，但忽略了溫濕度高耦合對系統的影響[5]。

本文提出了一種PC構件蒸汽養護溫濕度模糊解耦控制系統，并進行了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節。由于養護窯是一個密閉空間，溫濕度存在嚴重交叉耦合，其耦合關系如圖1所示。

為了獲得較優的控制效果，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？漬1、？漬2分別表示溫濕度解耦系數，取值范圍[0，1]，根據試驗經驗數據嘗試不同的系數，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行仿真研究，完成了濕度常規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PID濕度輸出響應和模糊解耦濕度控制輸出響應特性曲線。由圖3可知響應特性指標為：調節時間ts=60s，超調量？滓%約為30%，穩態誤差ess=0；由圖4可知響應特性指標為調節時間ts=25s，超調量？滓%約為0，穩態誤差ess約為4%。對比數據可知，模糊解耦濕度控制響應特性明顯優于傳統PID控制響應特性。

4 結束語

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

參考文獻：

[1]劉東衛，等.中國住宅工業化發展及其技術演進[J].建筑學報，2012（4）：10-11.

[2]沙克，等.預養時間對蒸汽養護混凝土耐久性的影響[J].低溫建筑技術，2011，157（7）：15-16.

[3]彭波，等.水泥與混凝土制品的蒸汽養護生產關鍵技術進展[J].國外建材科技，2007，28（3）：21-24.

[4]王志武，等.水泥混凝土蒸汽養護自動控制技術在長沙灣特大橋箱梁加工中的應用[J].公路工程，2013，38（2）：142-144.

[5]王兵，等.基于PLC的蒸汽養護模糊控制器[J].電氣自動化，2015，37（2）：115-117.endprint