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专利号: 2020106934814
申请人: 电子科技大学中山学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种参数自整定PID温度控制方法,其特征在于包括如下步骤:

(1)、对整个系统进行数据初始化设置,设定加热目标温度值、控制周期、温度采样周期;

(2)、检测系统内是否存在系统数据,如果检测不存在系统数 据,则全负载功率加热以提高受控对象的温度至设定的目标温度值Tsv1,对受控对象进行温度采样,并进入步骤(3);如果检测存在系统数据则进入步骤(6);

(3)、根据所述步骤(2)中获得的受控对象温度采样值,结合采样周期计算温度滞后时间Lag与一次整定最快加热速率Vmax1,进入步骤(4);

(4)、所述步骤(3)中的温度滞后时间Lag,一次整定最快加热速率Vmax1和温度采样值进行PID参数的运算,得出PID参数,进入步骤(5);

(5)、所述步骤(4)得出的PID参数进行运算,调整负载对受控对象的加热功率输出,控制温度,并返回所述步骤(2);

(6)、对系统数据进行判断是否符合二次整定的条件,判断条件是先计算出二次整定温度系数Kt2,再计算二次整定目标温度Tsv2,与当前温度进行比较,若Tsv2大于当前温度,则符合二次整定条件,进入步骤(7);若Tsv2小于当前温度,则不符合二次整定条件,进入步骤(8);

(7)、进行二次整定,获取到二次升温速率与恒温时间Vmax2、Tctk2,同自整定时获取到的一次整定最快加热速率与恒温时间Vmax1、Tctk1进行比值运算得出Kv、Kctk、Kapt三个系数,最终影响PID控制参数输出运算,对受控对象进行控制;

(8)、系统数据不符合二次整定条件,则由所述步骤(4)获得PID控制参数输出运算,对受控对象进行控制;

本方法设置有电源及电源转换单元、OLED显示单元、微处理器单元、按键输入单元和加热控制单元;所述电源及电源转换单元与单片机相连,为整个温控系统提供工作电源,按键输入单元与OLED显示单元与单片机相连,用户可通过OLED屏幕观察PID参数,通过按键输入单元进行调整,温度采集单元将测得的受控对象温度数值传递给微处理器单元,微处理器单元将PID运算后的结果转化为一个控制周期内输出PWM控制信号,加热控制单元与受控对象相连,并接收微处理器单元的PWM控制信号,通过固态继电器对受控对象进行控制;电源及电源转换单元包括一级降压转换电路和二级降压转换电路;一级降压转换电路包括线性稳压芯片7805与二极管1N4007,可以将24V直流电压转为5V直流电压,其适配器与DC‑005座子输入外部交流电;二级降压转换电路包括低压差线性稳压芯片AMS1117‑3.3与二极管

1N4007,可以将5V直流电压转为3.3V直流电压;微处理器单元包括芯片U1、芯片分别与时钟电路、复位电路、下载电路、电源转换单元与按键输入单元和加热控制单元连接;芯片U1的型号为STM32F103CBT6作为主控芯片,主控芯片工作时最高频率为80Hz,片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读写程序存储器,加热控制单元包括光耦P1、三极管S1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、继电器K1和强电加热电路;光耦P1的1引脚接3.3V直流电压,芯片U1的46引脚通过电阻R1接光耦P1的2引脚,光耦P3的1引脚接5V直流电压,光耦P3的4引脚分两路,一路通过电阻R2接地、另一路通过电阻R3接三极管S1的基极;三极管S1的发射极接地,三极管S1的集电极通过电阻R4接继电器K1的2引脚;继电器K1的1引脚接5V直流电压,继电器K1的3引脚和4引脚均接强电加热电路;芯片U1通过其46引脚发送电信号以控制光耦P1,进而控制三极管S1,由此通过三极管S1控制继电器K1的导通情况,实现芯片U1对强电加热电路的控制;继电器K1的型号为SAI4005D‑I、光耦P1的型号为PC817B 、三极管S1的型号为S9014;所述继电器K1为过零型SSR无触点固态继电器;温度采集单元包括K型热电偶MAX6675系统和接口CON1;所述接口CON1的1引脚接3.3V直流电压,接口CON1的2引脚接地,接口CON1的3引脚接芯片U1的11引脚,接口CON1的4引脚接芯片U1的12引脚,接口CON1的5引脚接芯片U1的13引脚,由此,将温度信号传送给芯片U1;该K型热电偶MAX6675系统有着0℃~

1024℃的测温范围,采用滑动平均值滤波的方法进行处理,即先将一定量采样数据依次存放,然后每采集到一个新数据,就去掉最早采集的数据,而后对数据进行算术平均值,所述步骤(6)中,二整定温度系数Kt2计算公式为Kt2=(Tsv1‑Tout)/Tsv1,其中Tsv1为系统最大工作温度的70%;

所述步骤(6)中二次整定目标温度Tsv2计算公式为Tsv2=Tcur*Kt2;

所述步骤(7)中,系数Kv计算公式为Kv=Vmax2/Vmax1,系数Kctk计算公式Kctk=Tctk2/Tctk1,Kapt=Kv*Kctk。

2.根据权利要求1所述的参数自整定PID温度控制方法,其特征在于所述步骤(3)得到被加热对象温度采样值,计算出一次整定最快加热速率Vmax1和温度滞后时间Lag,一次整定最快加热速率Vmax1的计算公式为:V=(Tb‑Tc)/t,其中Tc为一个采样周期前所测得受控对象的温度值,Tb为当前所测得的受控对象的温度值,Vmax1即为V的最大值;温度滞后时间Lag=Tout/Vmax1;其中Tout为加热到目标温度后因为温度惯性而导致的超温值。

3.根据权利要求1所述的参数自整定PID温度控制方法,其特征在于所述步骤(4)中,根据计算出的一次整定最快加热速率Vmax1与温度滞后时间Lag,由公式Kp=Kp1/(Tout) 、Ti=Ti1*Lag、Td=Td1*Lag计算出每个温度控制时间点的PID参数,即比例系数Kp、积分系数Ti、微分系数Td。

4.根据权利要求3所述的参数自整定PID温度控制方法,其特征在于所述PID参数计算的公式中的Kp1、Ti1、Td1为系数。

5.根据权利要求1所述的参数自整定PID温度控制方法,其特征在于所述步骤(8)中,在对积分增益Ti进行运算后,需对运算数据累计20次数值进行刷新处理。