在压缩机非变频,且有从关闭到开启冷却时间限制的培养箱情景中,传统定点开关结合PID的控制算法往往达不到预期的控制精度。针对该情况,在先控温再控湿的策略下,设计一种对压缩机表现进行线性估计的算法。算法在压缩机间断工作时,线性量化上一个升降温周期内的降温斜率和升温斜率,以此估计本周期降温时间及降温点,以满足压缩机冷却时间要求并减小温度振幅,最终实现对温湿度的稳定控制。通过搭建实物进行测试,结果表明,在温度存在采集扰动的情况下,该算法的温度控制偏差相比传统定点控制算法,由±1℃缩减到±0.5℃,湿度控制偏差也达到±5%RH的水平。

 引言
随着经济社会的发展，越来越多场所需要构建一个恒温恒湿的稳态环境，大到工业工厂、科学实验室[1]、档案馆[2]、储物仓库[3]、运输箱[4]，小到新生婴儿保温箱[5]、细菌培养箱等，都可以看到类似恒温恒湿培养箱的身影，可见其市场十分广阔。因此，设计一种适用度较高的温湿度控制算法将对该领域应用起到良好的促进作用[6]。
因传统PID控制回路在温湿度控制中具有超调大、参数难以设定等缺点，各国相关领域专家根据具体产品情景提出一些改进的PID控制算法，如积分分离[7]、变速积分[8]、不完全微分[9]等，这些算法对PID 3个分量之间的相互作用进行了一定调整，一定程度上改善了大滞后系统的控制精度，但对于存在耦合，以及执行部件有冷却时间限制的温湿度系统，控制效果仍然不佳。也有一些更加先进的控制算法如遗传算法[10]、模糊控制[11,12,13]、BP神经网络控制[14]、预测控制[15,16,17]等，这些算法的控制、解耦性能更好，但因计算或迭代量很大，对硬件条件要求较高，一般应用于较为复杂的温湿度控制环境中。根据对非变频压缩机控制培养箱这一领域的调研来看，国内常见产品中使用的算法一般为压缩机定点开关与传统PID控制算法，但在实际运行中，该控制方案难以达到所期望的动态特性与精度目标。因此，本文设计一个可适应冷却时间的非变频压缩机温湿度控制算法，并对算法有效性进行验证。
1 硬件环境
温湿度控制系统由主控模块、电源模块、执行器控制模块、传感器数据采集模块、人机交互模块与安全报警模块组成。系统硬件环境如图1所示，总体而言，主控芯片首先进行温湿度数据采集处理，然后通过控制继电器操作加热器、压缩机和加湿器，以调节培养箱温湿度，其中压缩机负责降温与除湿。