CN201247417Y - 一种基于蚁群算法的pid温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于蚁群算法的PID温度控制装置，用于主动式太阳房的温度控制中，主要包括输入模块、A/D转换模块、有基于蚁群算法的PID控制器模块、输出模块和温度传感器模块，该控制装置采用了基于蚁群算法的PID控制，利用蚁群算法来优化PID控制器的三个参数K_p、T_i、T_d，使其值达到最佳性能指标，从而改善了主动式太阳房控制系统的性能，增强了太阳房中温度调节的平滑性，提高了太阳能在此系统上的利用效率，节省了常规能源的使用，降低了能耗。

Description

一种基于蚁群算法的PID温度控制装置

技术领域

本实用新型属于交叉学科，涉及太阳能领域以及自动控制技术领域。涉及一种基于蚁群算法的PID温度控制装置，主要应用于主动式太阳房的温度控制中。

背景技术

随着我国能源需求的增加，太阳能已经被广泛的应用于各领域中，尤其在建筑中利用太阳能积累了很多的经验，但是太阳能建筑的研究还有待于进一步的发展。早期的太阳能建筑是不使用任何辅助的常规能源，只是利用建筑本身的内部结构和外部形体，建筑材料，以及周围环境的合理布局来采集，储存太阳能用以给室内供暖以及家庭生活热用水。此种太阳能建筑称为“被动式太阳房”，后来随着科学技术的发展，人类多生活居住环境需求的提高，新的太阳能建筑就随之发展起来了，称之为“主动式太阳房”。主动式太阳房主要是由太阳能集热器，蓄热水箱，循环水泵，散热器，辅助热源，温度传感器，控制系统等组成的采暖系统，主动式太阳房对生活居住质量方面明显改善了很多，但是其在很大程度上消耗了大量的常规能源，而且造价相对比较高，本文针对此设计了其控制装置，用于提高太阳能的利用率，节省常规能源。

发明内容

针对传统的主动式太阳房在太阳能利用中常规能源的大量消耗，造价高，室内温度波动大，温度调节不平滑的缺点，本实用新型目的在于，提供一种基于蚁群算法的PID温度控制装置，该控制装置利用蚁群算法的全局寻优能力来优化PID控制器的三个参数从而通过控制器对太阳房中温度的调节能迅速实施反应，很好的达到系统稳态的控制精度要求，提高了用户室内居住环境的舒适度，使太阳能更能最大化的合理利用，节省了常规能源的使用，减少了系统地造价。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种蚁群算法的PID温度控制装置，其特征在于，该装置包括输入模块，输入模块的输出端连接有A/D转换模块，A/D转换模块输出端连接有基于蚁群算法的PID控制器模块，基于蚁群算法的PID控制器模块输出端连接有输出模块，输出模块输出端连接有温度传感器模块，温度传感器模块的输出端与输入模块的输入端相连接。

本实用新型与现有技术相比，有益效果体现在：

(1)温度控制的准确性

本实用新型利用传感器采集的温度数字信息，通过运算，寻优、数模转换来控制太阳房内的各个调节阀门，使太阳房内的各个流水回路可以准确运转，从而精确控制太阳房内的温度，防止了倒流，结冰，温度落差大等缺点。

(2)减少能耗

通过对温度的精确控制，避免了不必要热量的消耗或损失。提高了能源利用率，减少了能量消耗。

(3)控制算法收敛速度快，鲁棒性好及可靠性高，实现性好

本实用新型由于采用了基于蚁群算法的PID控制，利用蚁群算法来优化PID控制器的三个参数K_p、T_i、T_d，使其值达到最佳性能指标，从而改善了主动式太阳房控制系统的性能，提高了太阳能在此系统上的利用效率，节省了常规能源的使用，降低了能耗，蚁群算法具有鲁棒性强，很容易与多种启发式算法结合等优点，PID调节器规律简单、运行可靠、易于实现等特点加以结合，提高了温度的控制效果。

附图说明

图1为本实用新型的基于蚁群算法的PID温度控制装置结构示意图；

图2为蚁群算法优化PID控制器参数的流程图；

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的蚁群算法的PID温度控制装置，主要包括输入模块1，A/D转换模块2，基于蚁群算法的PID控制器模块3，输出模块4和温度传感器模块5。

输入模块1的输出端与A/D转换模块2的输入端相连，A/D转换模块2的输出端与蚁群算法PID控制器3的输入端连接，蚁群算法PID控制器3的输出端与输入模块4的输入端连接，输入模块4的输出端与传感器模块5的输入端连接，最后，传感器模块5的输出端与输入模块的输入端相连接。

输入模块1采集到的太阳房系统中的水温模拟量信息，将其送到A/D转换模块2里经过A/D转换送到蚁群算法PID控制器模块3里，通过蚁群算法PID控制器3中的蚁群算法对PID的三个参数K_p、T_i、T_d进行优化后，通过输入模块4控制执行器(阀门)动作，来调节水温的变化，输出模块4中的值通过温度传感器模块5输入到输入模块1来与给定值进行比较，从而重复优化PID的三个参数，使其达到最佳值。

如图2所示，其流程图主要包括参数初始化21，蚂蚁寻优22，计算目标函数23，修正信息素强度24，循环结构25，输出最优解26。

在参数初始化21中，令时间t＝0和迭代次数N_c＝0，蚂蚁寻优22过程中，将m个蚂蚁置于各自的初始化领域，每个蚂蚁按照公式所给的转移概率移动。后计算个蚂蚁的目标函数23并记录PID控制器当前最优解。再者按照公式τ_rs(t+1)＝(1-a)·τ_rs(t)+Δτ_rs(t)，式中：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{rs}}\left(t\right)=\underset{k-1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{rs}}}^k\left(t\right),$

所给出的信息素修正信息素强度24，再经过循环结构25，当修正信息素强度24后循环N_c+1，当N_c<预定迭代次数，则转向蚂蚁寻优22，最后输出PID控制器的最优解26。

本实用新型的蚁群算法的PID温度控制装置具有以下功能：

1.监测控制点水温

2.平滑调节水温

3.控制执行器或执行机构运行

综上所述本实用新型蚁群算法的PID温度控制装置，利用温度信息，通过执行机构控制太阳房采暖系统内的各个循环回路，并保持各回路的准确运转，从而精确控制太阳房内的温度，提高了用户室内居住环境的舒适度，使太阳能更能最大化的合理利用，节省了常规能源的使用，减少了系统地造价。

Claims (2)

1.一种基于蚁群算法的PID温度控制装置，其特征在于，该装置包括输入模块(1)，输入模块(1)的输出端连接有A/D转换模块(2)，A/D转换模块(2)输出端连接有基于蚁群算法的PID控制器模块(3)，基于蚁群算法的PID控制器模块(3)输出端连接有输出模块(4)，输出模块(4)输出端连接有温度传感器模块(5)，温度传感器模块(5)的输出端与输入模块(1)的输入端相连接。

2.如权利要求1所述的基于蚁群算法的PID温度控制装置，其特征在于，所述的输入模块(1)将采集到的太阳房系统中的水温模拟量信息送到A/D转换模块(2)中，并经过A/D转换后送到蚁群算法PID控制器模块(3)中，通过蚁群算法PID控制器(3)中的蚁群算法对PID的三个参数K_p、T_i、T_d进行优化后，通过输入模块(4)控制执行器动作，调节水温的变化，输出模块(4)中的值通过温度传感器模块(5)输入到输入模块(1)与给定值进行比较，从而重复优化PID的三个参数。

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