基于二自由度PID前馈解耦的恒温恒湿控制系统设计

邱巧迪，徐世许，张鹦琦，王鹏程，王伟

(1. 青岛大学 自动化学院，山东 青岛 266071； 2. OMRON公司，山东 青岛 266032)

0 引言

随着科研技术的不断发展，对温湿度性能指标的控制提出了更高的要求。在进行生物、医药、化学等科研实验时需要温湿度恒定，温湿度的控制精度直接决定实验的成败[1]。但目前国内市场大部分的国产环境实验箱都只对温度或相对湿度单参数控制，无法满足实际实验需求[2]。部分进口实验箱虽然实现了温湿度联合控制，但是价格昂贵，后期也存在维护困难等缺点。

针对恒温恒湿箱的市场现状，开发了基于二自由度PID前馈解耦控制的恒温恒湿控制系统[3]。通过解耦技术和二自由度PID算法的运用，减小了温度和相对湿度的互相扰动，提高了控制精度[4]，保证实验箱可以长时间稳定运行，同时通过引入物联网模块和触摸屏，既简化工作人员的操作流程，又可以在服务器端远程监管实验箱，提高了设备智能化水平。

1 硬件设计

系统硬件包括NX控制器、温控模块、除湿模块、加湿模块、温湿度传感器等。NX控制器通过Ethernet/IP与OMRON NA触摸屏通信，通过温湿度传感器采集信号，各传感器信号以模拟量形式被采集到NX控制器中，并对传感器信息进行分析，使用RS-485串口通信调节温控驱动板、除湿驱动板和无线发射器的工作状态，组成了整个系统的硬件结构。在NX控制器中，利用Sysmac Studio编程软件编写程序，实现了温湿度信号采集、数据转换、温湿度控制量计算等功能。系统的硬件结构如图1所示。……