pid溫控器產(chǎn)品介紹

pid溫控器，又名智能數(shù)字溫度控制器，采用最新的平面輕觸操作和微機智能控制技術(shù)。本著簡單易用，穩(wěn)定可靠的原則，該系列儀表具有極大的市場適應性，產(chǎn)品按國際標準制造并有多種安裝尺寸。pid溫控器本系列智能數(shù)字溫度控制器是高性價比的經(jīng)濟型儀表，可用來替代常規(guī)數(shù)字溫度控制器，該系列儀表具有多種功能，控制及報警、變送等組合的控制儀表，同時具有PID控制功能。 
特點 　　

        1、高亮度綠、紅雙排數(shù)碼管顯示： PV值和SV值
　　2、傳感信號指定輸入
　　3、傳感器自動修正
　　4、二級參數(shù)鎖保護功能
　　5、儀表精度：
　?。?）±1%FS±1個字
　?。?）±0.5%FS±1個字
　　6、報警范圍：全量程自由設定
　　7、工作電源：
　?。?）開關(guān)電源：85～264VAC 50/60Hz
　　（2）變壓器供電：AC220V±10% 50/60Hz 

在上述溫控實例中, 器件工作時產(chǎn)生的熱量將使器件本身工作溫度升高, 最后達到很高的基本穩(wěn)定的溫度。較高的溫度將嚴重影響器件的各種性能參數(shù), 也很可能導致器件不能正常工作, 甚至損壞。溫度控制的目的就是將器件的工作溫度以一定的精度穩(wěn)定在一個較低的水平上, 這樣一來就要求根據(jù)器件工作時的實際情況(如產(chǎn)熱量大小等) 采取一定的措施,隨時將產(chǎn)生的熱量即時散掉, 并且要求器件在單位時間里產(chǎn)生的熱量等于控制器在單位時間里吸收的熱量, 若兩者達到動態(tài)平衡, 則可以保持器件工作溫度的穩(wěn)定[1]。
     在一定的控制系統(tǒng)中, 首先將需要控制的被測參數(shù)(如溫度) 由傳感器轉(zhuǎn)換成一定的信號后再與預先設定的值進行比較, 把比較得到的差值信號經(jīng)過一定規(guī)律的計算后得到相應的控制值, 將控制量送給控制系統(tǒng)進行相應的控制, 不停地進行上述工作, 從而達到自動調(diào)節(jié)的目的。當控制對象的精確數(shù)學模型難以建立時, 比較成熟且廣泛使用的控制方法是采用按差值信號的比例、積分和微分進行計算控制量的方法, 即PID 法, 其控制規(guī)律的數(shù)學模型為:
 
其中: K P 為比例系數(shù); e 為差值信號, e= T - Tset (T : 溫度測量值, Tset: 溫度設定值) ; Ti 為積分常數(shù); Td 為微分常數(shù); V0、V0-1為當時及前一時刻的控制量。
      實現(xiàn)PID 控制原理的具體方法因系統(tǒng)的不同而不同[2]。在我們的系統(tǒng)中, 采用了增量式計算方法, 而控制量的輸出則采用了位置式的輸出形式。在數(shù)值控制系統(tǒng)中, 其控制規(guī)律的數(shù)學模型演化為:
 
其中: T 為采集周期; ei、ei-1、ei-2為此時刻、前一時刻、再前一時刻的差值信號。
    這種方法的好處在于只需保持前三個時刻的差值信號, 同時輸出控制量的初始設定值不必準確, 就能較快地進入穩(wěn)定控制過程。

pid溫控器電路工作原理
圖1 表示了本控制器的電原理圖。
 
圖1　控制器原理圖
     程序啟動后, 首先進行PID 參數(shù)初始化, 最主要的是對Kp、Ti、Td、T 的初始化, 然后進入控制循環(huán)體。首先是采集溫度值, 按上述的PID 控制規(guī)律及壓控電流源的控制特性計算熱電偶冷卻器的工作電流I0 的大小及極性, 然后輸出到D/A 轉(zhuǎn)換器, 由其產(chǎn)生VCCS 的輸入控制電壓V0。程序延遲0.3～0.5s 后, 重復上述過程, 不斷根據(jù)最新測到的溫度計算最近的控制量。這樣多次重復后,就可以達到穩(wěn)定控制溫度的目的。圖2 給出了程序流程框圖。
 

pid溫控器參數(shù)的選擇
      如前所述, PID 的主要參數(shù)是KP、Ti 及Td。其選擇方法是: 首先根據(jù)控制系統(tǒng)的特性確定K p 的極性。在本文中, 其極性應為負, 而不是文獻[2]中所要求的正極性; 并且實驗發(fā)現(xiàn), 本系統(tǒng)雖然屬于具有延遲效應的溫度控制系統(tǒng), 但Kp 不能選擇過大, 否則將不穩(wěn)定。其次, Ti 及Td 的選擇相對而言就不是很嚴格了, 可根據(jù)設計者的要求(如希望積分作用明顯還是微分作用明顯) 而定。關(guān)于采樣周期則可以根據(jù)系統(tǒng)響應的延遲時間而定, 一般可選擇比系統(tǒng)響應稍快些即可, 選擇過小的采樣周期反而不好。本文選擇的是與系統(tǒng)響應時間相當?shù)牟蓸又芷? 約0.3～ 0.5s。PID 參數(shù)的選擇不是唯一的, 但一定要選擇好關(guān)鍵參數(shù)。在本文中則應仔細選擇Kp ,然后再選擇其它參數(shù)。只要一組PID 參數(shù)能夠較好地用于控制系統(tǒng), 并且控制效果也是較好的, 則說明這樣一組參數(shù)是合適的。
      本文中的PID 參數(shù)選擇如下: Kp =- 1.0, Ti= 2, Td= 1.5, T = 0.3, 這樣的一組PID 參數(shù)可以達到良好的控制效果。

實驗結(jié)果
       為了驗證控制器的工作情況, 我們設計了一種模擬實驗條件, 電路如圖3 所示。通過改變R2 的阻值, 便可相應地改變穩(wěn)壓器LM 317 消耗的功率, 也即其自身的溫度會相應地改變。在環(huán)境溫度為24℃時, 當不進行控制時其溫度可以達到約70℃; 后采用本控制器對其進行溫度控制, 測得的結(jié)果如圖4(a)、(b) 所示(圖中橫坐標為采樣時間序列,每點對應約0.4 秒) , 可見精度達到了±0.05℃, 控制效果是很好的。
 
 

結(jié)束語
       PID 控制原理的優(yōu)點在于能夠在控制過程中根據(jù)預先設定好的控制規(guī)律不停地自動調(diào)節(jié)控制量以使被控系統(tǒng)朝著設定的平衡狀態(tài)過度, 最后達到控制范圍精度內(nèi)的穩(wěn)定的動態(tài)平衡狀態(tài)。
       要使用好PID 控制原理, 關(guān)鍵在于根據(jù)實際情況確定PID 的各種參數(shù), 這項工作可能是費時的, 但做好了, 將會提高控制器的使用效果, 達到較高的控制精度, 是值得的。

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