CN202661793U - 基于模糊pid的智能温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于模糊PID的智能温度传感器,由温度检测单元测量出TEC的模拟量实际温度值,经光电隔离器、A/D转换电路处理后成为数字量温度值送入模糊PID控制器接口;模糊PID控制器将该数字量温度值与一设定温度值之间的差值作为所述模糊PID控制器的输入量,由模糊PID控制器进行比例、微分及积分算法后,输出一控制信号,该控制信号通过D/A转换电路转换成数字信号,并经光电隔离器和驱动电路对TEC进行温度控制。本实用新型通过模糊PID控制器构成闭环的智能温度传感器,提高了测量精度和稳定性,适用于需要测量精度较高的环境,且测量方便,可以从LED显示器随时得到被测温度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于模糊PID的智能温度传感器,属于温度计量检测技术领域。
背景技术
随着智能温度传感器的发展,其对温度的测量精度和稳定性要求越来越高。PID参数具有随温度而变化的时变特性,温度计量***具有强烈的非线性、强耦合、大时滞和时变等特点。常规的PID 控制技术控制精度高,但要求精确的数学模型,对于时变和非线性等复杂***处理困难,当温度大范围变化时采用常规PID控制方法不能满足较高工艺要求;模糊控制不需要精确的数学模型,能较好的处理时变、非线性、滞后等问题,有很好的鲁棒性,响应速度快,但模糊控制的控制精度较低。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于模糊PID的智能温度传感器,具有较高的温度测量精度和稳定性。
为解决上述技术问题,本实用新型的技术解决方案:
一种基于模糊PID控制器的智能温度传感器,其特征在于,包括模糊PID控制器、D/A转换电路、光电隔离器、驱动电路、TEC(半导体致冷器)、温度检测单元和A/D转换电路多个模块,
温度检测单元测量出TEC的模拟量实际温度值,经光电隔离器、A/D转换电路处理后成为数字量温度值送入模糊PID控制器接口;
所述模糊PID控制器将该数字量温度值与一设定温度值之间的差值作为所述模糊PID控制器的输入量,由模糊PID控制器进行比例、微分及积分算法后,输出一控制信号,该控制信号通过D/A转换电路转换成数字信号,并经光电隔离器和驱动电路对TEC进行温度控制。
还包含一与所述模糊PID控制器连接的键盘,通过所述键盘输入所述设定温度值,并将该设定温度值传输给所述模糊PID控制器。
所述的LED显示器可显示键盘输入的设定温度值和实际测量的数字量温度值。
LED显示器和模糊PID控制器相接,模糊PID控制器和D/A转换电路相接,D/A转换电路和光电隔离器相接,光电隔离器和驱动电路相接、驱动电路和TEC相接,TEC同时和温度检测单元相接,温度检测单元和另一光电隔离器相接,光电隔离器和A/D转换电路相接。
所述的模糊PID控制器是以单片机或者DSP为核心器件构成的温度控制***,可根据不同测量精度的要求选择不同的单片机或者DSP。它具有测量控制精度高、成本低、体积小、功耗低等优点,可制成单机,广泛应用于冶金、化工、食品加工等行业对温度进行精确控制。
所述的TEC(半导体致冷器),是致冷还是加热,以及致冷、加热的速率,由通过它的电流方向和大小来决定。
所述的驱动电路由可控硅整流器组成。本专利选用双向可控硅作为光电隔离器的中间驱动电路,考虑到双向光电耦合器误触发对后续电路的误差影响,可在驱动电路与TEC之间加上低通滤波电路。同时采用双向光电耦合器隔离了强弱电路,使模糊PID控制器芯片不会受到大功率器件的干扰。以智能模糊PID控制器为核心的电源功率控制电器,具有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多优点。
所述的光电隔离器为双向光电隔离器,以光为媒介传输电信号,它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。
由键盘的输入量为设定温度值与模糊PID控制器采样得到的实际温度计算得到偏差值。
D/A和A/D转换电路可按照实际测量精度要求来选择不同的分辨率,同时选择D/A和A/D转换电路的工作频率。
所述的温度检测单元一般可由热电偶、热敏电阻或半导体电阻组成,用热电偶检测TEC内温度,经温度变送器转换成标准信号, A/D转换电路处理后变成数字量送入模糊PID控制器。
本实用新型的模糊PID控制器主要涉及到3个PID参数:比例系数Kp、微分系数Ki和积分系数Kd,比例、微分和积分3个参数可以通过模糊控制规则和模糊推理确定模糊推理规则表,再通过模糊推理规则表设置模糊PID控制器中的这3个控制参数。
一般在调试过程中增大开环比例系数Kp, 一般将加快***的影响速度, 在有静差的情况下则有利于减小静差;但过大的比例系数又会加大***超调,甚至产生振荡,使***不稳定。在现场实验整定法时,实行先比例、后积分、再微分的反复调整。积分时间和比例时间成反比,积分系数大,即积分时间短,导致超调过大。微分系数和微分时间成正比,微分系数过大,即微分时间过大,导致***不稳定。
本实用新型所达到的有益效果:
本实用新型基于模糊PID控制器的智能温度传感器构成闭环的智能温度传感器,既保留了传统PID的优点,又结合了模糊控制的优点,先通过键盘设定温度,通过温度检测单元实时检测实际温度,再通过模糊PID控制器实现温度的实时调节控制,达到与设定温度一致,能达到较高的测量精度和稳定性。适用于需要测量精度较高的环境,且测量方便,可以从LED显示器随时得到被测温度。
附图说明
图1是本实用新型提供的基于模糊PID控制器的智能温度传感器模块结构框图;
图2是本实用新型提供的基于模糊PID控制器的智能温度传感器另一实施例结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案,而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
实施例1
如图1所示,本实用新型基于模糊PID控制器的智能温度传感器的模块结构图中,温度检测单元测量出TEC的实际温度,经光电隔离器、A/D转换电路处理后送入模糊PID控制器接口。由键盘敲入设定温度值,此值与经 A/D转换过的温度信号存在一定的差值,由模糊PID控制器进行比例、微分及积分算法后,其输出信号通过D/A转换电路、光电隔离器、放大电路和驱动电路对TEC进行温度控制。键盘输入的温度及控制过程中检测的实际温度可以实时地由LED显示器显示出来。
实施例2
如图2为本实用新型的另一优选实施方式,图2中的温度检测单元、温度变送器、光电隔离器和A/D转换电路共同构成实施方式中的温度信号采集,经滤波、放大、采样和A/D转换后送入单片机或DSP,与给定电压信号进行比较和计算偏差。单片机或DSP完成了模糊PID控制器的功能,同时其输出信号通过D/A转化电路、光电隔离器、放大电路和可控硅整流器对TEC进行温度控制,从而完成温度的动态调整。整个***构成了一个闭环***,从而本实用新型基于模糊PID控制器的智能温度传感器具有在线参数自整定能力强,具有较好的抗干扰性,可获得较好的动态特性,还具有较强的自适应能力。
如图2的实施例,工作时由操作人员通过键盘设定温度,可以通过LED显示器显示设定温度,由温度检测单元检测TEC温度值,经温度变送器、光电隔离器、A/D转换处理后送入单片机或DSP接口,并实时显示实际温度值。单片机或DSP求出输入的当前温度值与设定温度的偏差,按照单片机或DSP中设计的模糊PID控制算法进行比例、微分及积分运算后,输出信号通过D/A转换电路、光电隔离器、放大电路和可控硅整流器对TEC进行温度控制。
D/A、A/D转换电路按照实际测量精度要求来选择不同的分辨率,同时选择D/A和A/D转换电路的工作频率,为提高精度可选择尽可能高的工作频率。温度检测单元一般可由热电偶 、热敏电阻或半导体电阻之一构成,温度检测单元检测TEC内温度,经温度变送器、光电隔离器和A/D转换电路处理后变成数字量送入单片机或DSP。
单片机或DSP可外接存储器来储存断电后仍需保存的代码和数据,可作为数据交换单元,同时存储器接一掉电保护电路,它解决了本专利中实时参数掉电后长时间保存的难题。同时单片机或DSP通过串行口RS232 与上位机相连,串行口RS232可实现单片机或DSP与上位机之间采集到的数据通信,可以加强对数据的存储和分析处理。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于模糊PID的智能温度传感器,其特征在于,包括模糊PID控制器、D/A转换电路、光电隔离器、驱动电路、TEC、温度检测单元和A/D转换电路多个模块,
温度检测单元测量出TEC的模拟量实际温度值,经光电隔离器、A/D转换电路处理后成为数字量温度值送入模糊PID控制器接口;
所述模糊PID控制器将该数字量温度值与一设定温度值之间的差值作为所述模糊PID控制器的输入量,由模糊PID控制器进行比例、微分及积分算法后,输出一控制信号,该控制信号通过D/A转换电路转换成数字信号,并经光电隔离器和驱动电路对TEC进行温度控制。
2.根据权利要求1所述的基于模糊PID的智能温度传感器,其特征在于,还包含一与所述模糊PID控制器连接的键盘,通过所述键盘输入所述设定温度值,并将该设定温度值传输给所述模糊PID控制器。
3.根据权利要求2所述的基于模糊PID的智能温度传感器,其特征在于,还包含一与模糊PID控制器连接的LED显示器。
4.根据权利要求3所述的基于模糊PID的智能温度传感器,其特征在于,所述的LED显示器显示键盘输入的设定温度值和实际测量的数字量温度值。
5.根据权利要求1所述的基于模糊PID的智能温度传感器,其特征在于,模糊PID控制器是以单片机或者DSP为核心器件构成的温度控制***。
6.根据权利要求1所述的基于模糊PID的智能温度传感器,其特征在于,所述驱动电路由可控硅整流器组成,或在驱动电路与TEC之间加上低通滤波电路。
7.根据权利要求1所述的基于模糊PID的智能温度传感器,其特征在于,所述光电隔离器为双向光电隔离器。
8.根据权利要求1所述的基于模糊PID的智能温度传感器,其特征在于,所述温度检测单元包含热电偶、热敏电阻或半导体电阻。
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