CN104991589A - 一种自学习型的温度精密控制方法 - Google Patents

Abstract

一种自学***衡，实现温度的精密控制。本发明是温度精密控制方法的创新探索及尝试，利用嵌入式ARM处理器的高速处理能力及智能控制参数学习代替常规PID控制调节技术提高温度控制精度，具有简单、可靠、有效的显著优点。

Description

一种自学习型的温度精密控制方法

技术领域

本发明属于自动控制方法范畴，尤其是精密检测中对温度的有效精密控制技术。

背景技术

传统PID控制原理简单，使用方便，适应性强，可以广泛地应用于各种工业过程，但是，传统PID控制也有缺点，如：参数调节需要一定的过程，最优参数的选取比较困难，对于时变、非线性的被控***，其精确的数学模型难以建立，使用传统的PID控制不能得到理想的控制效果。在精密检测过程中，温度是重要的控制参数之一，对温度的有效控制对于保证检测质量具有重大的现实意义和理论价值。

本发明是利用PID控制参数与功率输出OPH的自动平衡学习，实现温度的精密控制，是温度精密控制方法的创新探索及尝试，通过实用化实现每个控温点±0.005℃偏差的精密控制。

发明内容

本发明的目的在于对一种自学***衡学习，实现被控对象温度的精密控制。

本发明是通过下列技术方案来实现的。

一种自学习型的温度精密控制方法，本发明特征是，该方法为：由精密测温装置、温度精密控制装置、固态继电器加热控制装置依序连接组成；其中：

1)精密测温装置由二等标准铂电阻温度计检测被控对象温度，二等标准铂电阻温度计对应温度变化输出电阻变化信号，采用71/2位高精度数表进行测量并通过RS232串口输出数字量信号；

2)、温度精密控制装置由温度转换模块、PID控制模块、功率输出模块依序连接组成；设有自学习型调节模块分别与PID控制模块、功率输出模块连接；其中温度转换模块采集电阻变化数字量信号，通过内查分度表线性计算为温度值，该温度值精确到0.001℃；PID控制模块根据设定温度T与实际温度t的控温误差e按一阶惯性滞后环节传递函数计算控制输出；自学习型调节模块自动根据控温误差e和温度变化率ec自动调节并确定每个控温点的比例增益P、积分增益I、微分增益D和功率输出OPH；功率输出模块接收PID控制模块控制输出信号及自学习型调节模块功率限制信号进行功率控制驱动；

温度精密控制装置利用嵌入式ARM处理器的高速处理能力及智能控制参数学习代替常规PID控制调节技术提高温度控制精度；

3)、固态继电器加热控制装置接受功率输出信号，控制加热组件220VAC电源的通断实现被控对象温度的精密控制。

本发明的有益效果是,通过PID控制参数与功率输出OPH自动平衡学习的温度精密控制方法自动根据控温误差e和温度变化率ec自动调节并确定每个控温点的比例增益P、积分增益I、微分增益D和功率输出OPH参数,可形成全控温段控制参数数据表，温度精密控制装置根据温度设定值自动查询数据表并调用PID参数及功率输出参数。解决了传统PID控制最优参数选取比较困难；对于时变、非线性的被控***，其精确的数学模型难以建立等关键难题。实现了精密检测中全控温段每个控温点±0.005℃偏差的精密控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的自学习型的温度精密控制方法原理图；

图3是本发明的控制逻辑图。

具体实施方式

见图1，一种自学习型的温度精密控制方法，本发明特征是，该方法为：由精密测温装置、温度精密控制装置、固态继电器加热控制装置依序连接组成；其中：

1)精密测温装置由二等标准铂电阻温度计11检测被控对象温度，二等标准铂电阻温度计11对应温度变化输出电阻变化信号，采用71/2位高精度数表12进行测量并通过RS232串口输出数字量信号；

2)、温度精密控制装置由温度转换模块、PID控制模块、功率输出模块依序连接组成；设有自学习型调节模块分别与PID控制模块、功率输出模块连接；其中温度转换模块13采集电阻变化数字量信号，通过内查分度表线性计算为温度值，该温度值精确到0.001℃；PID控制模块14根据设定温度T与实际温度t的控温误差e按一阶惯性滞后环节传递函数计算控制输出；自学习型调节模块15自动根据控温误差e和温度变化率ec自动调节并确定每个控温点的比例增益P、积分增益I、微分增益D和功率输出OPH；功率输出模块16接收PID控制模块14控制输出信号及自学习型调节模块15功率限制信号进行功率控制驱动；

温度精密控制装置利用嵌入式ARM处理器的高速处理能力及智能控制参数学习代替常规PID控制调节技术提高温度控制精度；

3)、固态继电器加热控制装置接受功率输出信号，控制加热组件220VAC电源的通断实现被控对象温度的精密控制。

温度精密控制装置为本发明一种自学习型的温度精密控制方法的核心，其自动根据控温误差e和温度变化率ec自动调节并确定每个控温点的比例增益P、积分增益I、微分增益D和功率输出OPH原理如下：

1.自学习型的温度精密控制方法原理(见图2)

以实际温度与设定温度的控温误差e和温度变化率ec作为输入，根据不同控温区域，制定不同的控制逻辑策略可以自动调节并确定每个控温点的比例增益P、积分增益I、微分增益D和功率输出OPH满足不同时刻被控对象温度精密控制对PID参数及功率输出整定的要求。便构成了可实现自学习型的温度精密控制装置。

2.控制逻辑策略(见图3)

2.1按公式计算控温误差e(控温误差e＝设定温度T-实际温度t)，控温区域划分为Ⅰ区(控温误差e≥1℃)、Ⅱ区(1℃>控温误差e≥0.2℃)、Ⅲ区(0.2℃>控温误差e≥0℃)、Ⅳ区(控温误差e<0℃)。

2.2Ⅰ区控制逻辑

2.2.1为加快控制装置的响应速度，功率输出原则选择满功率(OPH＝100)，按模糊控制规则选择较大的比例增益P，和较小的微分增益D。同时，为了防止积分饱和现象，避免控制装置响应出现较大的超调，取积分增益I为0。

2.2.2Ⅰ区自学习原则

设定当前温度设定值＝T-1℃，当被控对象温度达到温度设定值时触发计算每分钟温度变化率ec(取每分钟最大温度与最小温度差值)，如果每分钟温度变化率ec过大时，自动增加比例增益P，减少微分增益D。通过反复多次学习整定，控制装置能获得最优的PID参数，将该组控制参数{SV＝T；P＝KP1；I＝0；D＝KD1；OPH＝100；QY＝1}写入数据表，作为该控温点Ⅰ区控制参数。

2.3Ⅱ区控制逻辑

2.3.1为使控制装置响应的超调减小,功率输出应按控温误差e等比例减少(功率输出OPH＝INT(eX100)，INT为取整函数)，同时比例增益P、积分增益I、微分增益D都不能取大，应该取较小比例增益P，积分增益I、微分增益D的取值大小要适中，以保证控制装置的响应速度。

2.3.2Ⅱ区自学习原则

设定当前温度设定值＝T-0.2℃，当被控对象温度达到温度设定值时触发计算每分钟温度变化率ec(取每分钟最大温度与最小温度差值)，如果每分钟温度变化率ec过大时，在Ⅰ区PID控制参数基础上优先自动增加积分增益I，然后减少比例增益P及微分增益D。通过反复多次学习整定，控制装置能获得最优的PID参数，将该组控制参数{SV＝T；P＝KP2；I＝KI2；D＝KD2；OPH＝100；QY＝2}写入数据表，作为该控温点Ⅱ区控制参数。

2.4Ⅲ区控制逻辑

2.4.1该区域采用固定功率控制(OPH＝10)，为了使控制装置获得良好的稳态性能，应增大比例增益P和积分增益I，同时为避免出现振荡。应适当地选取微分增益D。具体原则是：当每分钟温度变化率ec较大时，微分增益D应选择较小。2.4.2Ⅲ区自学习原则

当被控对象温度达到温度设定值时触发计算每分钟温度变化率ec(取每分钟最大温度与最小温度差值)，如果每分钟温度变化率ec过大时，在Ⅱ区PID控制参数基础上优先自动增加比例增益P及积分增益I，然后减少微分增益D。通过反复多次学习整定，控制装置能获得最优的PID参数，将该组控制参数{SV＝T；P＝KP3；I＝KI3；D＝KD3；OPH＝10；QY＝3}写入数据表，作为该控温点Ⅲ区控制参数。

2.5Ⅳ区控制逻辑

该区域表示被控对象温度已超过温度设定值，可直接将关闭功率控制输出((OPH＝0)，PID控制参数使用Ⅲ区数据。将该组控制参数{SV＝T；P＝KP3；I＝KI3；D＝KD3；OPH＝0；QY＝4}写入数据表，作为该控温点Ⅳ区控制参数。

温度精密控制装置自动根据控温误差e和温度变化率ec自动调节并确定每个控温点最优的比例增益P、积分增益I、微分增益D和功率输出OPH。通过对每10℃间隔温度设定点PID参数及功率输出参数的智能学习，可形成全控温段控制参数数据表，温度精密控制装置根据温度设定值自动查询数据表并调用PID参数及功率输出参数。解决了传统PID控制最优参数选取比较困难；对于时变、非线性的被控***，其精确的数学模型难以建立等关键难题。实现了全控温段每个控温点±0.005℃偏差的精密控制。

Claims (1)

1.一种自学习型的温度精密控制方法，其特征是，该方法为：由精密测温装置、温度精密控制装置、固态继电器加热控制装置依序连接组成；其中：

1)精密测温装置由二等标准铂电阻温度计(11)检测被控对象温度，二等标准铂电阻温度计(11)对应温度变化输出电阻变化信号，采用71/2位高精度数表(12)进行测量并通过RS232串口输出数字量信号；

2)、温度精密控制装置由温度转换模块、PID控制模块、功率输出模块依序连接组成；设有自学习型调节模块分别与PID控制模块、功率输出模块连接；其中温度转换模块(13)采集电阻变化数字量信号，通过内查分度表线性计算为温度值，该温度值精确到0.001℃；PID控制模块(14)根据设定温度T与实际温度t的控温误差e按一阶惯性滞后环节传递函数计算控制输出；自学习型调节模块(15)自动根据控温误差e和温度变化率ec自动调节并确定每个控温点的比例增益P、积分增益I、微分增益D和功率输出OPH；功率输出模块(16)接收PID控制模块(14)控制输出信号及自学习型调节模块(15)功率限制信号进行功率控制驱动；

温度精密控制装置利用嵌入式ARM处理器的高速处理能力及智能控制参数学习代替常规PID控制调节技术提高温度控制精度；

3)、固态继电器加热控制装置接受功率输出信号，控制加热组件220VAC电源的通断实现被控对象温度的精密控制。