灰色预测与模糊PID的恒温水浴协同温度控制

作者：吴敏; 翟力欣^*; 李启跃; 田光兆; 姜玉东; 王晓璐

来源：中国农机化学报, 2023, 44(11): 123-137.

DOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2023.11.019

• 灰色预测
• 模糊PID
• 恒温水浴
• 动态响应特性
• 抗干扰能力

为解决传统农业温控系统存在的大惯性、时变非线性和纯滞后性问题，以恒温水浴温度调控系统为研究对象，建立温度调控机构的一阶加纯滞后数学模型。充分考虑PID控制、模糊控制与灰色预测控制各自的优点，仿真评估灰色预测算法预测系统温度的相对残差均值为4.73×10-6,方差比为0.001 8,反映出模型预测的可靠性很高；设计将模糊PID作为主控制器，灰色预测算法作为辅助控制器的协同温度控制模型。仿真试验结果表明：灰色预测—模糊PID控制器的超调量相对于传统PID控制器下降0.35%,相对于模糊PID控制器下降0.18%;灰色预测—模糊PID控制器的调节时间相对于传统PID控制器缩短232.8 ms,相对于模糊PID控制器缩短204.9 ms;灰色预测—模糊PID控制器的稳定温度值相对于传统PID控制器减小3×10-3℃,相对于模糊PID控制器没有发生变化；对于相同的扰动信号，灰色预测—模糊PID控制器的调节时间相对于传统PID控制器缩短252.3 ms,相对于模糊PID控制器缩短248.2 ms。灰色预测与模糊PID的恒温水浴协同温度控制与传统PID、模糊PID控制相比，具有更小的超调量、稳态误差和更快的调节速度以及更好的抗干扰性能。

• 单位
  机电工程学院; 金陵科技学院; 南京农业大学