感器，设置在混合水箱中的第Ξ溫度传 感器，其中，第一溫度传感器、第二溫度传感器、第Ξ溫度传感器、第一流速传感器W及第二 流速传感器连接所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端连接第一电磁阀驱动电路 来调整第一电磁阀的PWM占空比，所述微处理器的输出端连接第二电磁阀驱动电路来调整 第二电磁阀的PWM占空比，从而实现对冷水和热水流速的控制；所述微处理器采用 STC12C5A60S2忍片，所述第一溫度传感器和第二溫度传感器均采用DS18B20数字溫度传感 器，所述第Ξ溫度传感器采用PT100销电阻，该控制系统有24V和5V两种电压源。
[0049] 该系统选用24V常闭型电磁阀用于对水流进行开关控制，主控忍片通过调制电磁 阀的PWM占空比来实现对水流速度的控制。考虑到电磁阀工作时会产生较大的电磁干扰，因 此在电路上进行了隔离处理，本实施例采用光禪忍片P521对电磁阀进行隔离。
[0050] 如图5所示，该第一电磁阀驱动电路包括PM0S管和光禪忍片P521，其中，PM0S管的 栅极一方面通过电阻R44连接光禪忍片P521的4引脚，另一方面通过电阻R42连接PM0S管的 源极，PM0S管的漏极通过电容C13接地，光禪忍片P521的3引脚接地，1引脚通过电阻R43连接 5V电源，2引脚连接STC12C5A60S2忍片的CP2引脚，24V电源一方面连接PM0S管的源极，另一 方面通过并联的电容C12和C14接地，第二电磁阀驱动电路与第一电磁阀驱动电路的电路结 构相同。
[0051 ] 本系统冷水溫度和热水溫度采用DS18B20数字溫度传感器来检测，DS18B20是常用 的溫度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，图6为DS18B20溫度 义集电路。
[0052]由于DS18B20导热速度较慢，而系统要求出水溫度具有高响应速度，因而本系统采 用实时性更高的PT100销电阻进行溫度采集。图7为PT100溫度采集应用电路，电路使用 TL431提供2.5V的基准电压，通过桥式电路实现对PT100销电阻的采样，然后将采样的电压 值通过LM358运放忍片进行放大处理，再将放大后的信号AMI输出给主控忍片进行AD转换， 最后主控忍片通过查表法得到测量溫度值。
[0化3] PT100溫度采集电路包括双运算放大器LM358和稳压源化431，其中，PT100的1引脚 一方面通过串联的电阻R4和R1接5V电源，另一方面通过电阻R11接双运算放大器LM358的3 引脚，PTIOO的巧I脚接地，双运算放大器LM358的4引脚接地，电阻R9的一端连接可调电阻 R18的一端，可调电阻R18的另一端接地，电阻R9的另一端一方面连接双运算放大器LM358的 2引脚，另一方面通过电阻R5连接双运算放大器LM358的1引脚，电阻R16的一端接地，另一端 连接双运算放大器LM358的3引脚，双运算放大器LM358的5引脚连接电阻R14的一端，电阻 R14的另一端一方面连接STC12C5A60S2忍片的AMI引脚，另一方面通过电阻R19接地，双运算 放大器LM358的6引脚通过串联电阻R12和R7连接双运算放大器LM358的7引脚，双运算放大 器LM358的8引脚接5V电源，稳压源化431的阴极和参考极通过电阻R1连接5V电源，稳压源 TL431的阳极接地。
[0054] 进一步地，所述微处理器的输入端还连接有设置按钮，所述微处理器的输出端还 连接有显示屏。
[0055] 为了进一步验证基于自适应模糊PID的水溫控制方法及其控制系统的调溫反应快 速且精确度高，本实施例对常规PID溫度控制和模糊PID溫度控制分别进行了仿真，如图8所 示。由图8可知，自适应模糊PID控制器相对于传统的线性PID控制器而言能够根据E和Ec的 变化在线整定PID参数，所得到的系统动态响应曲线较好，超调量小，稳定精度高。
[0056] 表2所示，为实验室测定结果。
[0057] 表2实验测定结果
[0化引
[0059] 本申请的上述实施例中，通过提供一种基于自适应模糊PID的水溫控制方法及其 控制系统，采用模糊控制与PID算法中的PI算法相结合构成的模糊PID控制器对水溫进行实 时监测和调整，即通过微处理器实时采集冷水溫度、热水溫度及混合后溫水的出水溫度，将 混合后溫水的出水溫度与预设溫度进行对比，利用模糊PID算法控制冷水和热水的流速，从 而使其混合后溫水的出水溫度恒定。该发明调溫反应快速且精确度高。
[0060] 应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例， 本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应 属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于自适应模糊PID的水温控制方法，其特征在于，采用模糊控制与PID算法中 的PI算法相结合构成的模糊PID控制器对水温进行实时监测和调整，具体包括如下步骤： S1:获取预设水温To，获取第一温度传感器检测的冷水温度!^，获取第二温度传感器检 测的热水温度T2,获取第三温度传感器检测的混合后温水的出水温度T3; S2:计算误差E = Τ3-Τ〇，误差变化率Ec = dE/dt; S3:由模糊PID控制器的模糊算法整定PID参数中的比例参数KP和积分参数Ki; S4:计算K/ ，K/ ; S5:将K/作为新的比例参数，K/作为新的积分参数，计算出比例输出UP = K/ *E，积分输 出Ui = Ui+K/ *(E-EP)，式中，EP为前一次的误差； S6:计算输出 0UT = UP+Ui; S7 :判断OUT是否小于0，如果是，则表示需要升温，进入步骤S8，否则，则表示不需要升 温，进入步骤S9: S8:设定冷水流速V! = 0.3，热水流速V2 = 0.3+ | OUT | ; S9:设定热水流速V2 = 0 · 7，冷水流速￥1 = 0 · 7-1 OUT I ; S10:根据冷水流速Vi和热水流速V2调整第一电磁阀的PWM占空比和第二电磁阀的PWM占 空比，来调整冷水和热水的流速，从而将水温调整到预设水温To。2. 根据权利要求1所述的基于自适应模糊PID的水温控制方法，其特征在于，步骤S3中 模糊PID控制器的输入变量为误差E和误差变化率E。，输出变量为比例参数K P和积分参数Ki， 输入变量和输出变量均采用高斯型隶属度函数，模糊论域为[_6,6]，采用重心法进行解模 糊化运算。3. 如权利要求1所述的基于自适应模糊PID的水温控制方法的控制系统，其特征在于， 包括微处理器、设置在冷水箱出水管的第一温度传感器、第一电磁阀和第一水流传感器、设 置在热水箱出水管的第二温度传感器、第二电磁阀和第二水流传感器，设置在混合水箱中 的第三温度传感器，其中，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一流速传 感器以及第二流速传感器连接所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端连接第一电 磁阀驱动电路来调整第一电磁阀的PWM占空比，所述微处理器的输出端连接第二电磁阀驱 动电路来调整第二电磁阀的PWM占空比，从而实现对冷水和热水流速的控制； 所述微处理器采用STC12C5A60S2芯片，所述第一温度传感器和第二温度传感器均采用 DS18B20数字温度传感器，所述第三温度传感器采用PT100铂电阻，该控制系统有24V和5V两 种电压源。4. 根据权利要求3所述的基于自适应模糊PID的水温控制方法的控制系统，其特征在 于，该第一电磁阀驱动电路包括PM0S管和光耦芯片P521，其中，PM0S管的栅极一方面通过电 阻R44连接光耦芯片P521的4引脚，另一方面通过电阻R42连接PM0S管的源极，PM0S管的漏极 通过电容C13接地，光耦芯片P521的3引脚接地，1引脚通过电阻R43连接5V电源，2引脚连接 STC12C5A60S2芯片的CP2引脚，24V电源一方面连接PM0S管的源极，另一方面通过并联的电 容C12和C14接地，第二电磁阀驱动电路与第一电磁阀驱动电路的电路结构相同。5. 根据权利要求3所述的基于自适应模糊PID的水温控制方法的控制系统，其特征在 于，PT100温度采集电路包括双运算放大器LM358和稳压源TL431，其中，PT100的1引脚一方 面通过串联的电阻R4和R1接5V电源，另一方面通过电阻R11接双运算放大器LM358的3引脚， PT100的2引脚接地，双运算放大器LM358的4引脚接地，电阻R9的一端连接可调电阻R18的一 端，可调电阻R18的另一端接地，电阻R9的另一端一方面连接双运算放大器LM358的2引脚， 另一方面通过电阻R5连接双运算放大器LM358的1引脚，电阻R16的一端接地，另一端连接双 运算放大器LM358的3引脚，双运算放大器LM358的5引脚连接电阻R14的一端，电阻R14的另 一端一方面连接STC12C5A60S2芯片的AMI引脚，另一方面通过电阻R19接地，双运算放大器 LM358的6引脚通过串联电阻R12和R7连接双运算放大器LM358的7引脚，双运算放大器LM358 的8引脚接5V电源，稳压源TL431的阴极和参考极通过电阻R1连接5V电源，稳压源TL431的阳 极接地。6.根据权利要求3所述的基于自适应模糊PID的水温控制方法的控制系统，其特征在 于，所述微处理器的输入端还连接有设置按钮，所述微处理器的输出端还连接有显示屏。
【专利摘要】本发明提供了一种基于自适应模糊PID的水温控制方法及其控制系统，采用模糊控制与PID算法中的PI算法相结合构成的模糊PID控制器对水温进行实时监测和调整，即通过微处理器实时采集冷水温度、热水温度及混合后温水的出水温度，将混合后温水的出水温度与预设温度进行对比，利用模糊PID算法控制冷水和热水的流速，从而使其混合后温水的出水温度恒定。该发明调温反应快速且精确度高。
【IPC分类】G05D23/20, G05B13/04
【公开号】CN105630033
【申请号】CN201610111850
【发明人】段书凯, 郭秀珍, 何真承
【申请人】西南大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年2月29日