高精度 PID温度控制器
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温控pid自整定算法温控PID自整定算法PID(比例-积分-微分)控制算法被广泛应用于温度控制系统中。
它能够根据实际的温度变化情况,自动调整控制器的参数,以实现温度的精确控制。
PID自整定算法是一种用于自动计算PID参数的方法,它可以根据系统的动态响应特性,快速准确地确定PID参数的值。
PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制三个部分组成。
比例控制根据偏差值与设定值之间的差距来调整输出;积分控制则根据偏差值的累积来调整输出;微分控制则根据偏差值的变化率来调整输出。
PID自整定算法的目标是通过自动计算PID参数的值,使得控制系统能够以最佳的控制性能工作。
在PID自整定算法中,需要进行的操作包括:设定一个适当的目标温度;根据目标温度和实际温度的差距,计算出比例系数;根据温度变化的速度,计算出微分系数;根据温度变化的累积,计算出积分系数。
通过这些计算,可以得到合适的PID参数值,从而实现温度的控制。
在实际应用中,PID自整定算法可以通过以下步骤来实现。
首先,将控制系统设定为自整定模式,并将目标温度设定为所需的温度。
然后,系统会根据自整定算法自动计算出合适的PID参数值。
接下来,系统会根据这些参数值进行温度控制,并不断调整参数值以适应系统的变化。
最后,系统会根据实际的温度变化情况,对PID参数进行进一步优化,以达到更好的控制效果。
需要注意的是,PID自整定算法是一种自适应算法,它可以根据系统的动态响应特性,自动调整参数值。
然而,在实际应用中,由于系统的非线性和时变性等因素的存在,PID参数的自整定可能会受到一定的限制。
因此,为了获得更好的控制效果,可能需要进行一些额外的参数调整或者采用其他更为复杂的控制算法。
温控PID自整定算法是一种应用广泛的温度控制方法。
通过自动计算PID参数的值,可以实现对温度的精确控制。
然而,在实际应用中,需要考虑系统的动态响应特性和非线性时变性等因素,以获得更好的控制效果。
因此,对于不同的温度控制系统,可能需要采用不同的PID参数调整方法或者其他更为复杂的控制算法。
45. 如何通过PID控制实现温湿度调节?45、如何通过 PID 控制实现温湿度调节?在许多工业和生活场景中,精确地控制温湿度是至关重要的。
例如,在电子设备制造车间、食品储存仓库、温室种植等环境中,温湿度的稳定和适宜直接影响着产品质量、物品保存期限以及植物的生长状况。
而 PID 控制作为一种经典的控制算法,在温湿度调节方面发挥着重要作用。
那么,什么是 PID 控制呢?PID 是比例(Proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)的缩写。
这三个参数的组合可以使控制系统根据误差的大小、误差的积累以及误差的变化率来调整输出,从而实现对被控对象的精确控制。
在温湿度调节中,首先需要有传感器来测量实际的温湿度值。
这些传感器将测量到的数据传输给控制器,控制器会将实际值与设定的目标值进行比较,得出误差。
比例控制(P 控制)是 PID 控制中最基本的部分。
它的作用是根据当前的误差大小来调整输出。
误差越大,输出的调整量就越大。
打个比方,如果当前温度比设定温度低了很多,比例控制就会大幅增加加热功率。
但单纯的比例控制可能会存在稳态误差,也就是说,系统可能无法完全达到设定值。
为了解决这个问题,积分控制(I 控制)就登场了。
积分控制会对误差进行积累。
即使当前误差较小,但如果长时间存在误差,积分控制的作用就会逐渐增大,直到消除稳态误差。
但积分控制也可能带来一些问题,比如积分饱和,就是积分项的作用过大,导致系统反应迟缓。
微分控制(D 控制)则是根据误差的变化率来调整输出。
它能够预测系统的变化趋势,提前做出调整,从而减少系统的超调和振荡。
比如说,当温度快速下降时,微分控制会提前增加加热功率,以减缓温度下降的速度。
在实际应用中,如何确定 PID 的参数是一个关键问题。
一般可以通过实验的方法,先设定一组初始参数,然后观察系统的响应,根据响应情况逐步调整参数,直到达到满意的控制效果。
这需要一定的经验和耐心。
温度控制是许多工业和实验室过程中非常重要的一环,而PID控制器是其中常用的一种控制方法。
PID控制器通过调节比例、积分和微分参数来实现对温度的精准控制。
在实际应用中,PID参数的设置对控制效果至关重要。
本文将介绍一些设置PID参数的技巧,帮助读者更好地掌握温度控制。
一、了解系统特性在设置PID参数之前,首先需要了解控制对象的特性。
温度控制系统可能会受到惯性、滞后、非线性等因素的影响,因此需要对控制对象进行全面的分析。
可以通过实验数据或者数学建模来获取控制对象的动态特性,包括惯性时间常数、滞后时间、非线性特性等。
二、合理选择控制模式根据控制对象的特性,选择合适的控制模式也非常重要。
在温度控制中,常用的模式包括位置式控制、增量式控制等。
不同的控制模式对PID参数的要求也不同,因此在设置参数之前,需要确认所采用的控制模式。
三、优化比例参数比例参数是PID控制器中非常重要的参数之一。
合理设置比例参数可以缩短系统的调节时间,提高控制精度。
通常可以通过调节比例参数来达到快速响应的目的。
在实际应用中,建议从较小的数值开始逐步增加比例参数,直到系统出现震荡或者不稳定为止,然后再进行适当调整。
四、精心调节积分参数积分参数可以对系统的稳态性能产生重要影响。
合理设置积分参数可以减小稳态误差,提高系统的稳定性。
在实际调节中,建议从0开始逐步增加积分参数,直到系统出现超调或者不稳定为止,然后再进行适当调整。
五、微分参数的设置微分参数可以对系统的动态特性产生一定的影响。
适当的微分参数可以提高系统的抗干扰能力,减小震荡。
在实际调节中,建议从0开始逐步增加微分参数,直到系统出现超调或者不稳定为止,然后再进行适当调整。
六、考虑系统鲁棒性在设置PID参数的过程中,还需要考虑系统的鲁棒性。
鲁棒性好的控制器能够保持系统在不同工况下的稳定性能。
因此在设置PID参数时,需要充分考虑系统的鲁棒性,以确保系统在各种条件下均能稳定工作。
在实际应用中,以上所述的设置PID参数的技巧只是一些基本的指导原则,具体的调节方法还需要结合具体的控制对象、实际场景进行调整。
温控器PID调节方法比例(proportion)调节:是按比例反应系统的偏差,比例(P值)越小引发同样调节的所需的偏差越小,(即同样偏差引起的调节越大,即P值与调节作用成反比)可以加快调节,减少误差,但可使系统的稳定性下降,甚至不稳定。
比例越大,所需偏差越大,系统反应越迟钝。
积分(integral)调节:是使系统消除稳态误差,提高无差度。
只要有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止。
积分作用的强弱与积分时间常数(完成一次积分所需的时间)I值成反比。
积分时间短,调节作用强。
积分时间长,动态响应慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分(differential)调节:微分反映系统偏差信号的变化率。
能预见偏差变化的趋势,产生超前的控制作用,,减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此D值太大,对系统抗干扰不利。
微分调节作用的大小与微分时间成正比。
微分作用需要与另外两种调节相结合,组成PD或PID控制器。
PID参数整定顺口溜参数整定斩乱麻,P I D 值顺序查调节作用反反正,小步试验找最佳曲线振荡很频繁,比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳曲线偏离回复慢,积分时间往下降曲线波动摆得快,积分时间再加长,曲线振荡频率快,先把微分降下来动差大来波动慢。
微分时间应加长理想曲线两个波,前高后低4比1一看二调多分析,调节质量不会低。
比例:,加热电流与偏差(即实际值和设定值之差)成比例。
P的大小,在数量上是调节器闭环放大倍数的倒数。
P = 偏差电压∕调节器输出电压比例带越小(P越小),开始时调节电压上升越快,但易过冲。
当温差变小,实际比例越接近P,电压越小。
例如:设定温控于60度,在实际温度为20和40度时,加热的功率就不一样。
积分:如果长时间达不到设定值,积分器起作用,进行修正。
加热电流与偏差的累积(积分)成比例。
因此,只要有偏差存在,尽管偏差极微小,但经过长时间的累积,就会有足够的输出去控制炉丝加热电流,去消除偏差,减少小静态误差。
多路PID温度控制器的功能特点介绍前言多路PID温度控制器是控制温度的重要设备,其具备多种功能,可以广泛应用于工业、科研和生活等领域。
本文将对多路PID温度控制器的功能特点进行介绍。
什么是PID控制器?PID控制器是一种控制系统中常用的控制器,也是多路PID温度控制器的核心。
它能够根据被控对象的反馈信号,实时调节控制器输出信号,使被控对象的输出值趋近于控制器设定的目标值。
PID控制器的主要参数包括比例系数(P)、积分系数(I)和微分系数(D)。
比例系数与被控量误差成正比,积分系数与误差的积分成正比,微分系数与误差的变化速率成正比。
相互作用的三个参数对系统的作用有所不同,在多路PID温度控制器中,它们的设置需要考虑被控温度的变化特点和控制要求。
多路PID温度控制器的功能特点多路控制多路PID温度控制器通常可以控制多个被控对象,并在同一界面实现多路数据采集和调控。
例如,在工业生产中,多路PID温度控制器可以同时控制多个加热炉的温度,不仅提高了生产效率,还可以节约生产成本和能源消耗。
多种测量方式多路PID温度控制器可以使用多种温度传感器进行温度测量,例如热电偶、热电阻、红外线测温等。
不同的传感器具有不同的测量范围和精度,合理选择传感器可以提高温度控制的准确性和稳定性。
多种控制模式多路PID温度控制器通常支持多种控制模式,包括PID控制、模糊控制、自适应控制、逻辑控制等。
不同的控制模式适用于不同的温度控制场合,可以根据实际需求选择合适的控制模式。
多种输出接口多路PID温度控制器通常可以通过多种输出接口进行控制输出,如模拟输出、数字输出、继电器输出等。
不同的输出接口适用于不同的控制环境,可以根据实际需求选择合适的输出接口。
软硬件结合多路PID温度控制器通常具备软硬件结合的特点,即硬件部分实现实时数据采集和控制输出,软件部分实现配置参数和实时监控等管理功能。
通过人机界面和数据交互,可以实现对多路温度控制的实时监测和调节。
pid温度控制原理
PID温度控制是一种采用比例-积分-微分控制算法的温度控制
方法。
该方法通过不断地调整温度控制系统的输出,使得被控对象的温度与期望设定值尽可能地接近,实现温度的稳定控制。
在PID控制中,比例项(P项)通过将温度偏差与比例系数相
乘得到控制量。
比例项能够快速地响应温度偏差的变化,但可能会引起过冲。
积分项(I项)通过累积温度偏差和积分系数的乘积来产生控
制量。
积分项能够消除温度稳态误差,但可能会导致系统的响应较慢。
微分项(D项)通过温度偏差的变化率与微分系数的乘积来产生控制量。
微分项能够抑制温度偏差的快速变化,但可能会增加系统的噪声干扰敏感性。
PID控制器根据实际应用的需要,通过调整比例、积分和微分
系数,能够实现不同性能要求的温度控制。
通常情况下,为了保持温度控制的稳定性和减小过冲,需要在实际应用中进行调试和优化。
实际应用中,PID温度控制方法可以通过采集被控对象温度的
反馈信号,并与期望设定值进行比较,然后经过一系列的算法运算得到最终的控制量,从而不断调整被控系统的输出,使得温度稳定在设定值附近。
PID调节和温度控制原理一、引言二、PID调节的基本原理PID调节是通过对比控制对象的实际输出和期望输出,计算出一个误差值,然后根据这个误差值和历史误差值的变化趋势来调整控制参数,以使系统输出更接近期望值。
PID调节是根据比例、积分和微分三个因素的综合作用来实现控制。
1.比例(P)控制:根据误差的大小来调整控制量的变化速度。
当误差越大时,控制量的调整速度也越快。
2.积分(I)控制:累积误差的大小来调整控制量的偏置。
当误差持续存在时,积分控制可以逐渐减小误差。
3.微分(D)控制:根据误差的变化率来调整控制量的变化速度。
当误差变化趋势发生变化时,微分控制可以快速反应并调整控制量。
PID控制器的输出可以表示为:u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt +Kd*de(t)/dt其中,u(t)为控制器的输出,Kp、Ki和Kd为控制参数,e(t)为误差,∫e(t)dt为误差的积分,de(t)/dt为误差的微分。
三、温度控制的方式温度控制是实际应用中常见的控制问题。
根据控制对象和控制要求的不同,温度控制可以采用不同的方式。
1.开关控制:温度传感器监测到系统温度超过设定值时,控制系统输出信号使加热器工作,当温度降低到设定值以下时,控制系统停止输出信号。
这种方式适用于控制对象的温度变化不大且温度控制精度要求不高的情况。
2.P控制:根据温度误差调整控制量的大小,使温度逐渐接近设定值。
这种方式适用于对温度控制要求较高的情况,但可能存在温度超调和振荡的问题。
3.PI控制:在P控制的基础上增加了积分控制,用来消除温度误差的持续存在。
这种方式能够较好地控制温度误差,但可能导致响应速度较慢。
4.PID控制:在PI控制的基础上增加了微分控制,用来根据温度误差的变化率来调整控制量的变化速度。
PID控制可以在保证较小温度误差的同时,提高控制系统的响应速度和稳定性。
四、PID调节在温度控制中的应用1.温度控制反馈回路:PID调节器通过与温度传感器连接,根据实际温度和设定温度计算误差,并根据误差的大小和变化趋势调整控制参数,从而控制加热器的工作状态,以实现温度的稳定控制。
pid控制应用场景PID控制器是常用的控制器之一,应用范围广泛。
其应用场景主要包括以下方面:1.温度控制温度是许多生产和工程领域中的重要控制参数之一。
PID控制器可以根据温度信号反馈实时调整加热或冷却的输出,使温度保持恒定或按设定曲线变化。
例如,在化工生产中,需要严格控制反应器的温度,以确保反应物能够按预期的速率而反应,而过高或过低的温度都会影响反应的效果。
2.流量控制流量控制也是工业生产、实验设备等领域中的重要控制参数之一。
PID控制器可根据测量的流量信号反馈,及时调整阀门开度或泵的转速等输出,以控制流量。
例如,在化工生产中,需要将多种原料按照一定比例混合,需要精确地控制每种原料的流量,以保证混合物符合要求。
3.位置控制位置控制是机器人、机床、自动化生产线等领域中常见的控制应用场景。
PID控制器可根据位置信号反馈及时调整线性或旋转执行器的输出,使其到达预设的位置。
例如,汽车工厂中的机器人组装汽车时,需要将零部件精确地组装到指定位置,而PID控制器可以帮助机器人实现高精度的位置控制。
4.转速控制转速控制是电机、风机、泵等设备的重要应用。
PID控制器可根据测量的转速信号反馈,及时调整电机或风机等输出,以调整运行速度。
例如,在工业生产中,需要不同转速的电机来带动不同的设备,而PID控制器可以控制电机的转速,确保设备能够按照预期的速率运行。
5.压力控制除了以上列举的几种,PID控制器还广泛应用于化工、水处理、医疗设备、航空航天等许多行业和领域中。
随着科技的不断进步和应用的不断扩展,PID控制器也不断地适应新的应用场景和需求。
REX-C100规格说明书1. 概述REX-C100是一款多功能温度控制器,具有高精度、可靠性强的特点。
广泛应用于各种温度控制场景,适用于工业生产、实验室等多个领域。
2. 技术规格2.1 控制精度REX-C100的控制精度高,可以实现温度的精确控制。
根据用户需要,可调节控制精度的范围为±0.2°C至±1.0°C。
2.2 控制方式REX-C100支持多种控制方式,包括PID控制、双向控制、高/低限报警等。
用户可以根据具体场景及需求选择合适的控制方式。
2.3 输入信号REX-C100支持多种输入信号类型,包括热电偶、热电阻、线性电阻等。
用户可以根据实际需求选择合适的输入信号类型。
2.4 输出方式REX-C100提供多种输出方式,包括继电器输出、电压输出、电流输出等。
用户可以根据实际需求选择合适的输出方式。
2.5 显示界面REX-C100配备了清晰明了的显示界面,可以实时显示温度、设定值以及控制参数等信息。
用户可以直观地了解温度控制的状态。
2.6 通信接口REX-C100具备通信接口,支持与其他设备进行通信。
用户可以通过通信接口实现远程监控、数据传输等功能。
3. 配置参数3.1 控制参数REX-C100提供了一系列可配置的控制参数,包括PID参数、报警参数等。
用户可以根据具体需求进行配置。
3.2 输入信号参数REX-C100支持自定义输入信号参数,用户可以根据具体使用环境进行参数设置。
3.3 输出参数REX-C100提供灵活的输出参数设置,用户可以根据实际需求进行参数调整。
4. 安装与使用REX-C100提供详细的安装和使用说明。
用户只需要按照说明进行正确的安装和配置,即可使用。
5. 维护与保养REX-C100的维护与保养非常简单。
用户只需要按照说明进行定期的检查和保养,即可保证设备的正常运行。
6. 注意事项为了确保REX-C100的正常运行和使用安全,用户在使用过程中需注意以下事项:- 请勿将REX-C100暴露在高温、潮湿或腐蚀性环境中;- 请勿使用过大的电流或电压输入;- 请勿私自拆卸或改装REX-C100。
85. 如何利用PID控制实现智能温控?85、如何利用 PID 控制实现智能温控?在现代科技日益发展的今天,温度控制在众多领域都有着至关重要的作用,从工业生产中的化学反应釜,到日常生活中的空调、冰箱,都离不开精准的温度控制。
而 PID 控制作为一种经典且有效的控制方法,在实现智能温控方面发挥着巨大的作用。
那什么是 PID 控制呢?PID 是比例(Proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)的缩写。
这三个参数分别对控制系统产生不同的影响。
比例控制(P)就像是一个直接的力量,它根据当前的误差大小来调整输出。
误差越大,输出的调整就越大。
比如说,当前温度与设定温度相差很大,比例控制就会迅速加大输出,让温度尽快朝着设定值靠近。
积分控制(I)则像是一个坚持不懈的修正者。
它会对过去的误差进行积累。
即使当前的误差很小,但如果长时间存在,积分控制也会发挥作用,逐渐消除这个误差。
这就使得系统在长时间运行后能够更加准确地达到设定值,避免了微小的偏差持续存在。
微分控制(D)像是一个有预见性的智者。
它关注的是误差的变化率。
当误差变化很快时,微分控制会产生一个较大的作用,来抑制温度的快速变化,起到稳定系统的作用。
接下来,我们详细说一说如何利用这三个参数来实现智能温控。
首先是比例控制参数(P)的整定。
这通常是第一步。
我们可以从一个较小的值开始逐渐增加,观察系统的响应。
如果温度上升或下降的速度过慢,说明比例系数太小,需要增大;如果温度出现超调(超过设定值后又回调)过大的情况,说明比例系数太大,需要减小。
然后是积分控制参数(I)。
在调整积分参数时,要注意积分作用会使得系统的响应变慢,但能够消除稳态误差。
一般来说,积分时间常数越小,积分作用越强。
但如果积分作用太强,可能会导致系统不稳定。
最后是微分控制参数(D)。
微分作用可以改善系统的动态性能,减少超调量。
但微分作用对于噪声比较敏感,所以在实际应用中,要根据系统的特性和噪声情况来合理选择微分时间常数。
PLC温度PID控制什么是PLCPLC(Programmable Logic Controller),中文译作可编程逻辑控制器,是工业自动化控制中常见的控制器。
PLC可编程性强,可以通过程序控制各种机械设备,替代传统的机电控制系统,使控制操作更为方便。
什么是PID控制PID(Proportional-Integral-Derivative)控制是一种闭环控制策略,通常用于自动控制系统中。
PID控制器通过测量控制对象的反馈信号,计算出控制偏差,并以此来计算控制输出。
PID控制器包括比例、积分、微分三个部分,常用于控制温度、流量、速度等物理量的自动控制环节。
PLC温度PID控制的原理在工业生产过程中,常需要对温度进行自动控制。
PLC温度PID控制是一种常见的自动控制策略,其控制原理如下:1.采集温度信号:首先通过传感器获取被控温度数据,传感器将采集的温度数值转换成模拟电信号,通过模拟输入端口输入PLC。
2.计算比例、积分、微分:PLC中的程序模块将模拟电信号进行处理,计算出比例、积分、微分三个部分。
3.计算控制量:通过将比例、积分、微分三个部分的计算结果相加,得到控制量,即控制器对被控温度的输出信号。
4.控制温度:将控制量通过PLC的模拟输出端口输出,送入控制器或执行器中,以控制被控温度的变化。
实现PLC温度PID控制的步骤实现PLC温度PID控制需要进行以下步骤:步骤一:PLC硬件配置首先,需要准备好PLC控制器以及温度传感器、执行器等硬件。
根据生产现场的实际情况,选择适合的PLC型号和控制器或执行器,按照说明书进行安装和调试。
步骤二:编写PLC程序其次,需要编写PLC程序,实现PID控制功能。
在编写程序时,需要注意选择正确的传感器输入端口和执行器输出端口,并设置合适的参数。
具体的程序编写方法可以参考PLC的相关手册和教程。
步骤三:PID参数的调节在编写PLC程序时,需要设置比例系数、积分系数、微分系数等参数,以实现合适的PID控制效果。
高精度PID温度控制器
时间:2007-04-19 来源: 作者:江孝国王婉丽祁双喜点击:4468 字体大小:【大中小】
摘要:介绍一种高精度的、采用PID 控制原理的温度控制器, 给出了实验结果。
这种控制器适用于小功率半导体器件的工作温度控制, 其控制精度可达±0.05℃。
1 引言
温度控制已成为工业生产、科研活动中很重要的一个环节, 能否成功地将温度控制在所需的范围内关系到整个活动的成败。
由于控制对象的多样性和复杂性, 导致采用的温控手段的多样性。
例如: 某种半导体激光器对工作温度的稳定性有较高的要求, 一般要将温度控制在±0.1℃左右, 才能保证器件输出的激光波长不发生超出要求的漂移, 否则,激光波长的超范围漂移将使研究工作难以开展。
为达到这种温控要求, 笔者根据工作中的情况, 采用PID 控制原理研制成适合用于小功率半导体器件的温度控制器。
该控制器能够达到很好的控制效果, 若精心选择PID 的各种参数, 温度控制的精度可以达到±0.05℃, 完全可以保证器件的正常工作。
2 温度控制原理
在上述温控实例中, 器件工作时产生的热量将使器件本身工作温度升高, 最后达到很高的基本稳定的温度。
较高的温度将严重影响器件的各种性能参数, 也很可能导致器件不能正常工作, 甚至损坏。
温度控制的目的就是将器件的工作温度以一定的精度稳定在一个较低的水平上, 这样一来就要求根据器件工作时的实际情况(如产热量大小等) 采取一定的措施,随时将产生的热量即时散掉, 并且要求器件在单位时间里产生的热量等于控制器在单位时间里吸收的热量, 若两者达到动态平衡, 则可以保持器件工作温度的稳定[1]。
在一定的控制系统中, 首先将需要控制的被测参数(如温度) 由传感器转换成一定的信号后再与预先设定的值进行比较, 把比较得到的差值信号经过一定规律的计算后得到相应的控制值, 将控制量送给控制系统进行相应的控制, 不停地进行上述工作, 从而达到自动调节的目的。
当控制对象的精确数学模型难以建立时, 比较成熟且广泛使用的控制方法是采用按差值信号的比例、积分和微分进行计算控制量的方法, 即PID 法, 其控制规律的数学模型为:
其中: K P 为比例系数; 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控制量。
实现PID 控制原理的具体方法因系统的不同而不同[2]。
在我们的系统中, 采用了增量式计算方法, 而控制量的输出则采用了位置式的输出形式。
在数值控制系统中, 其控制规律
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。
这种方法的好处在于只需保持前三个时刻的差值信号, 同时输出控制量的初始设定值不必准确, 就能较快地进入稳定控制过程。
3 电路工作原理
图1 表示了本控制器的电原理图。
图1控制器原理图
程序启动后, 首先进行PID 参数初始化, 最主要的是对Kp、Ti、Td、T 的初始化, 然后进入控制循环体。
首先是采集温度值, 按上述的PID 控制规律及压控电流源的控制特性计算热电偶冷却器的工作电流I0 的大小及极性, 然后输出到D/A 转换器, 由其产生VCCS 的输入控制电压V0。
程序延迟0.3~0.5s 后, 重复上述过程, 不断根据最新测到的温度计算最
近的控制量。
这样多次重复后,就可以达到稳定控制温度的目的。
图2 给出了程序流程框图。
4 PID 参数的选择
如前所述, PID 的主要参数是KP、Ti 及Td。
其选择方法是: 首先根据控制系统的特性确定K p 的极性。
在本文中, 其极性应为负, 而不是文献[2]中所要求的正极性; 并且实验发现, 本系统虽然属于具有延迟效应的温度控制系统, 但Kp 不能选择过大, 否则将不稳定。
其次, Ti 及Td 的选择相对而言就不是很严格了, 可根据设计者的要求(如希望积分作用明显还是微分作用明显) 而定。
关于采样周期则可以根据系统响应的延迟时间而定, 一般可选择比系统响应稍快些即可, 选择过小的采样周期反而不好。
本文选择的是与系统响应时间相当的采样周期, 约0.3~0.5s。
PID 参数的选择不是唯一的, 但一定要选择好关键参数。
在本文中则应仔细选择Kp ,然后再选择其它参数。
只要一组PID 参数能够较好地用于控制系统, 并且控制效果也是较好的, 则说明这样一组参数是合适的。
本文中的PID 参数选择如下: Kp =- 1.0, Ti= 2, Td= 1.5, T = 0.3, 这样的一组PID 参数可以达到良好的控制效果。
5 实验结果
为了验证控制器的工作情况, 我们设计了一种模拟实验条件, 电路如图3 所示。
通过
改变R2 的阻值, 便可相应地改变稳压器LM 317 消耗的功率, 也即其自身的温度会相应地改变。
在环境温度为24℃时, 当不进行控制时其温度可以达到约70℃; 后采用本控制器对其进行温度控制, 测得的结果如图4(a)、(b) 所示(图中横坐标为采样时间序列,每点对应约0.4 秒) , 可见精度达到了±0.05℃, 控制效果是很好的。
6 结束语
PID 控制原理的优点在于能够在控制过程中根据预先设定好的控制规律不停地自动调节控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过度, 最后达到控制范围精度内的稳定的动态平衡状态。
要使用好PID 控制原理, 关键在于根据实际情况确定PID 的各种参数, 这项工作可能是费时的, 但做好了, 将会提高控制器的使用效果, 达到较高的控制精度, 是值得的。
参考文献
[ 1 ] 江孝国.半导体致冷温度控制器1 电子与自动化.1997, 26 (1) : 25~27
[ 2 ] 陈汝全、林永生、夏利.实用微机与单片机控制技术. 成都: 电子科技大学出版社.1998。