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高精度PID温度控制器
一、 电路作业原理程序启动后, 首要进行PID 参数初始化, 最主要的是对Kp、Ti、Td、T 的初始化, 然后进入操控循环体。首要是采集温度值, 按上述的PID 操控规则及压控电流源的操控特性核算热电偶冷却器的作业电流I0 的巨细及极性, 然后输出到D/A 转换器, 由其发生VCCS 的输入操控电压V0。程序推迟0.3～0.5s 后, 重复上述进程, 不断依据最新测到的温度核算近来的操控量。这么多次重复后,就能够到达安稳操控温度的意图。图2 给出了程序流程框图。RKC温控器
二、导言
温度操控已成为工业生产、科研活动中很重要的一个环节, 能否成功地将温度操控在所需的规模内关系到整个活动的胜败。因为操控目标的多样性和复杂性, 导致选用的温控手法的多样性。例如: 某种半导体激光器对作业温度的安稳性有较高的请求, 通常要将温度操控在±0.1℃摆布, 才干确保器材输出的激光波长不发生超出请求的漂移, 不然,激光波长的超规模漂移将使研究作业难以展开。为到达这种温控请求, 笔者依据作业中的状况, 选用PID 操控原理研制成适宜用于小功率半导体器材的温度操控器。该操控器能够到达很好的操控作用, 若精心挑选PID 的各种参数, 温度操控的精度能够到达±0.05℃, 完全能够确保器材的正常作业。
三、 温度操控原理
在上述温控实例中, 器材作业时发生的热量将使器材本身作业温度增加, 最终到达很高的根本安稳的温度。较高的温度将严重影响器材的各种性能参数, 也很可能导致器材不能正常作业, 乃至损坏。温度操控的意图即是将器材的作业温度以必定的精度安稳在一个较低的水平上, 这么一来就请求依据器材作业时的实际状况(如产热量巨细等) 采纳必定的办法,随时将发生的热量即时散掉, 而且请求器材在单位时刻里发生的热量等于操控器在单位时刻里吸收的热量, 若两者到达动态平衡, 则能够坚持器材作业温度的安稳。RKC温度控制器
在必定的操控体系中, 首要将需要操控的被测参数(如温度) 由传感器转换成必定的信号后再与预先设定的值进行对比, 把对比得到的差值信号经过必定规则的核算后得到相应的操控值, 将操控量送给操控体系进行相应的操控, 不停地进行上述作业, 然后到达主动调理的意图。当操控目标的精确数学模型难以建立时, 对比老练且广泛运用的操控办法是选用按差值信号的份额、积分和微分进行核算操控量的办法, 即PID 法, 其操控规则的数学模型为:
其中: K P 为份额系数; e 为差值信号, e= T - Tset (T : 温度测量值, Tset: 温度设定值) ; Ti 为积分常数; Td 为微分常数; V0、V0-1为当时及前一时刻的操控量。
完成PID 操控原理的具体办法因体系的不一样而不一样[2]。在咱们的体系中, 选用了增量式核算办法, 而操控量的输出则选用了方位式的输出形式。在数值操控体系中, 其操控规则的数学模型演化为:
其中: T 为采集周期; ei、ei-1、ei-2为此时刻、前一时刻、再前一时刻的差值信号。
这种办法的长处在于只需坚持前三个时刻的差值信号, 同时输出操控量的初始设定值不用精确, 就能较快地进入安稳操控进程。RKC智能温控器
四、试验成果
为了验证操控器的作业状况, 咱们设计了一种模拟试验条件, 电路如图3 所示。通过改动R2 的阻值, 便可相应地改动稳压器LM 317 耗费的功率, 也即其本身的温度会相应地改动。在环境温度为24℃时, 当不进行操控时其温度能够到达约70℃; 后选用本操控器对其进行温度操控, 测得的成果如图4(a)、(b) 所示(图中横坐标为采样时刻序列,每点对应约0.4 秒) , 可见精度到达了±0.05℃, 操控作用是很好的。
五、 PID 参数的挑选
PID 操控原理的长处在于能够在操控进程中依据预先设定好的操控规则不停地主动调理操控量以使被控体系朝着设定的平衡状况过度, 最终到达操控规模精度内的安稳的动态平衡状况。
要运用好PID 操控原理, 要害在于依据实际状况断定PID 的各种参数, 这项作业可能是费时的, 但做好了, 将会进步操控器的运用作用, 到达较高的操控精度, 是值得的。RKC温控器
六、 结束语
如前所述, PID 的主要参数是KP、Ti 及Td。其挑选办法是: 首要依据操控体系的特性断定K p 的极性。在本文中, 其极性应为负, 而不是文献[2]中所请求的正极性; 而且试验发现, 本体系尽管归于具有推迟效应的温度操控体系, 但Kp 不能挑选过大, 不然将不安稳。其次, Ti 及Td 的挑选相对而言就不是很严厉了, 可依据设计者的请求(如期望积分作用明显仍是微分作用明显) 而定。对于采样周期则能够依据体系呼应的推迟时刻而定, 通常可挑选比体系呼应稍快些即可, 挑选过小的采样周期反而欠好。本文挑选的是与体系呼应时刻适当的采样周期, 约0.3～ 0.5s。PID 参数的挑选不是唯一的, 但必定要挑选好要害参数。在本文中则应细心挑选Kp ,然后再挑选其它参数。只需一组PID 参数能够较好地用于操控体系, 而且操控作用也是较好的, 则阐明这么一组参数是适宜的。RKC温度控制器
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