吳攀 曹珍貫 朱克亮

摘 要：館藏濕度控制系統是一個大滯后環(huán)節(jié)系統，控制模型難以建立，常規(guī)控制算法響應速度慢、超調嚴重，控制效果不理想。為提高庫房濕度的控制效果與精度，將預測控制算法與PID算法相結合，取兩種算法的優(yōu)點，提出利用預測PID算法實現對庫房濕度的控制，并將該算法移植到ARM中，構建館藏濕度控制系統，進行運行測試。實際應用表明，預測PID控制算法能夠快速使館藏庫房的濕度穩(wěn)定在設定值，上下波動范圍較小，控制精度高，該算法的實施對現有庫房的濕度控制有較好的應用意義。

關鍵詞：預測PID；濕度控制；館藏系統

中圖分類號： G251 文獻標志碼：A

文章編號：1672-1098（2017）05-0034-05

Abstract：Library Collection humidity control system， with control model difficult to be established and low response speed and serious overshoot of conventional algorithm， is a big lagging link system and thus the control effect is not satisfactory. In order to enhance the control effect and precision of the warehouse humidity， the predictive control algorithm was combined with PID in this paper and the predictive PID algorithm was used to control the library collection humidity. Furthermore， this algorithm was transplanted into the ARM， constructing the library collection humidity control system to have a running test. It was shown from the practical application that the predictive PID control algorithm had a good effect on the warehouse humidity control with small fluctuation and high control precision， which could achieve the control requirements of the collection humidity system.

Key words：Predictive PID； humidity control； library collection system

在圖書館和檔案館管理中，檔案資料和紙質圖書室中的重要藏書，需要在科學合理的溫濕度環(huán)境下才能長期保存，通常保持相對濕度50%～60%RH以及10～18℃的溫度環(huán)境可以

防止資料蟲蛀、變質，因此需要配置空調機、除濕機來對館藏系統的溫度、濕度進行控制，使溫濕度保持在合理的范圍之內[1]。對于溫度而言，現有的空調系統能夠完全滿足庫房的溫度控制需要，而館藏系統的濕度則需要通過除濕機及加濕機來調節(jié)。濕度的控制是一個大滯后的環(huán)節(jié)，常規(guī)的控制算法，很難達到理想的控制效果，且館藏系統的濕度模型很難建立，且空調在運行過程中會使空氣干燥，使房間濕度降低，對濕度的控制產生影響[2]。文獻[3]設計了圖書館智能溫濕度控制系統，該系統中主要對歷史的溫度與濕度進行采集計算，建立溫度與濕度之間的關系，進而實現溫濕度PID控制。文獻[4]對圖書館的溫濕度研究主要集中在數據傳輸與組網方面，利用無線傳感網絡實現圖書館溫濕度的控制。圖書館溫濕度控制方面的研究，主要集中在利用新技術的發(fā)展，對環(huán)境參數的檢測手段與數傳輸方面，而具體的控制算法上，依然采用傳統的PID算法較多[5]。濕度的控制干擾因素多、模型建立難、一般的控制算法效果差，而預測控制算法在大滯后系統中的控制效果較好，且不需要精確的數學模型，現已成功應用于石油、化工等過程控制系統中，取得了較好的控制效果[6-7]。因此，本文將預測控制算法與PID算法相結合，充分利用兩種算法的優(yōu)點，對館藏系統的濕度控制進行研究。

1 PID 型廣義預測控制器設計

1.1 廣義預測控制

文獻[8]提出了基于參數模型的廣義控制，其實質是在廣義最小方差的基礎上引入了多步預測的思想，因此其隨機噪聲、抗負載擾動和時延變化等能力有了顯著的提高，有較強的魯棒性，適用于開環(huán)不穩(wěn)定、有時延的非最小相位系統。其算法的基本形式如下，被控對象的數學模型采用下列離散差分方程描述[9]

2 系統的實現

在館藏系統中，當檔案庫房溫濕度超出了規(guī)范要求的范圍，就會對檔案造成損害，《紙、紙張和紙漿試樣處理和試驗的標準大氣條件》規(guī)定的測定紙張物理強度的溫度為23℃±1℃，相對濕度為50%±2%。根據標準可以看出，館藏系統對濕度的要求，一般要比大氣環(huán)境的濕度要低，考慮在大氣環(huán)境濕度高情況下的濕度控制問題，因此濕度的控制主要由除濕器來完成，大氣環(huán)境濕度低情況下的濕度控制將進一步研究。本文將基于PID的預測控制算法移植到ARM中，ARM控制器通過鍵盤顯示來完成濕度的顯示與控制值設定，利用SHT11傳感器來檢測庫房的溫度和濕度，進而來控制除濕器的工作，實現對庫房濕度的調節(jié)，并通過Zigbee模塊進行無線遠程監(jiān)控，館藏系統濕度控制系統的控制結構框圖如圖1所示[14]。

預測PID控制算法是將預測控制與PID算法結合在一起，通過預測控制對濕度進行模型預測，并根據預測結果來校正濕度反饋，并完成PID比例、微分、積分系數的自動更新，實現自適應的PID控制，其控制原理圖如圖2所示[15]。

在ARM程序中，利用定時器定時實現周期采樣與周期控制，將預測PID控制算法編寫成一個子程序，在定時器控制周期到來時，進行子程序調用，根據上節(jié)的算法推理，預測PID控制子程序的算法實現如圖3所示。

為檢驗該控制算法的控制效果，將該系統應用于一間40m2密閉庫房，庫房啟用了集中空調和除濕機，配備一臺山井SK-501 型除濕機，日除濕量50L，設定相對濕度目標值為50%，記錄間隔為15min/條。為檢驗控制效果，以梅雨季節(jié)為例，表1所示為庫房采用預測PID控制算法后一天的濕度數據表。

通過表1可以看出，在采用預測PID控制算法后，其濕度值保持在目標值50%上下波動，控制效果較好，由于濕度控制的大的滯后性，加之傳感器的檢測誤差，部分時間段的濕度數據有一定的誤差，但該濕度能夠完全滿足庫房的國標要求。

3 結論

預測PID控制算法是將PID算法與預測控制算法相結合，利用預測控制算法進行PID參數的自整定，館藏系統濕度的控制系統是一個大滯后的控制系統，常規(guī)PID控制效果不理想，本文對預測PID控制算法進行推理，提出將該算法移植到ARM中，對庫房濕度進行控制，實際應用表明，預測PID控制算法控制效果好、精度高，能夠滿足館藏系統的濕度控制要求，但該系統還不夠完善，需要進一步改進，實現溫度與濕度的解耦控制。

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（責任編輯：李 麗，吳曉紅，編輯：丁 寒）