pid溫控器産品介紹

pid溫控器，又名智能數字溫度控制器，采用(yòng)最新的(de)平面輕觸操作和(hé)微機智能控制技術。本著(zhe)簡單易用(yòng)，穩定可(kě)靠的(de)原則，該系列儀表具有極大(dà)的(de)市場(chǎng)适應性，産品按國際标準制造并有多(duō)種安裝尺寸。pid溫控器本系列智能數字溫度控制器是高(gāo)性價比的(de)經濟型儀表，可(kě)用(yòng)來(lái)替代常規數字溫度控制器，該系列儀表具有多(duō)種功能，控制及報警、變送等組合的(de)控制儀表，同時(shí)具有PID控制功能。 
特點 　　

        1、高(gāo)亮度綠、紅雙排數碼管顯示： PV值和(hé)SV值
　　2、傳感信号指定輸入
　　3、傳感器自動修正
　　4、二級參數鎖保護功能
　　5、儀表精度：
　　（1）±1%FS±1個(gè)字
　　（2）±0.5%FS±1個(gè)字
　　6、報警範圍：全量程自由設定
　　7、工作電源：
　　（1）開關電源：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(shí)産生的(de)熱(rè)量将使器件本身工作溫度升高(gāo), 最後達到很高(gāo)的(de)基本穩定的(de)溫度。較高(gāo)的(de)溫度将嚴重影(yǐng)響器件的(de)各種性能參數, 也(yě)很可(kě)能導緻器件不能正常工作, 甚至損壞。溫度控制的(de)目的(de)就是将器件的(de)工作溫度以一定的(de)精度穩定在一個(gè)較低的(de)水(shuǐ)平上, 這(zhè)樣一來(lái)就要求根據器件工作時(shí)的(de)實際情況(如産熱(rè)量大(dà)小等) 采取一定的(de)措施,随時(shí)将産生的(de)熱(rè)量即時(shí)散掉, 并且要求器件在單位時(shí)間裏産生的(de)熱(rè)量等于控制器在單位時(shí)間裏吸收的(de)熱(rè)量, 若兩者達到動态平衡, 則可(kě)以保持器件工作溫度的(de)穩定[1]。
     在一定的(de)控制系統中, 首先将需要控制的(de)被測參數(如溫度) 由傳感器轉換成一定的(de)信号後再與預先設定的(de)值進行比較, 把比較得(de)到的(de)差值信号經過一定規律的(de)計算(suàn)後得(de)到相應的(de)控制值, 将控制量送給控制系統進行相應的(de)控制, 不停地進行上述工作, 從而達到自動調節的(de)目的(de)。當控制對(duì)象的(de)精确數學模型難以建立時(shí), 比較成熟且廣泛使用(yòng)的(de)控制方法是采用(yòng)按差值信号的(de)比例、積分(fēn)和(hé)微分(fēn)進行計算(suàn)控制量的(de)方法, 即PID 法, 其控制規律的(de)數學模型爲:
 
其中: K P 爲比例系數; e 爲差值信号, e= T - Tset (T : 溫度測量值, Tset: 溫度設定值) ; Ti 爲積分(fēn)常數; Td 爲微分(fēn)常數; V0、V0-1爲當時(shí)及前一時(shí)刻的(de)控制量。
      實現PID 控制原理(lǐ)的(de)具體方法因系統的(de)不同而不同[2]。在我們的(de)系統中, 采用(yòng)了(le)增量式計算(suàn)方法, 而控制量的(de)輸出則采用(yòng)了(le)位置式的(de)輸出形式。在數值控制系統中, 其控制規律的(de)數學模型演化(huà)爲:
 
其中: T 爲采集周期; ei、ei-1、ei-2爲此時(shí)刻、前一時(shí)刻、再前一時(shí)刻的(de)差值信号。
    這(zhè)種方法的(de)好處在于隻需保持前三個(gè)時(shí)刻的(de)差值信号, 同時(shí)輸出控制量的(de)初始設定值不必準确, 就能較快(kuài)地進入穩定控制過程。

pid溫控器電路工作原理(lǐ)
圖1 表示了(le)本控制器的(de)電原理(lǐ)圖。
 
圖1　控制器原理(lǐ)圖
     程序啓動後, 首先進行PID 參數初始化(huà), 最主要的(de)是對(duì)Kp、Ti、Td、T 的(de)初始化(huà), 然後進入控制循環體。首先是采集溫度值, 按上述的(de)PID 控制規律及壓控電流源的(de)控制特性計算(suàn)熱(rè)電偶冷(lěng)卻器的(de)工作電流I0 的(de)大(dà)小及極性, 然後輸出到D/A 轉換器, 由其産生VCCS 的(de)輸入控制電壓V0。程序延遲0.3～0.5s 後, 重複上述過程, 不斷根據最新測到的(de)溫度計算(suàn)最近的(de)控制量。這(zhè)樣多(duō)次重複後,就可(kě)以達到穩定控制溫度的(de)目的(de)。圖2 給出了(le)程序流程框圖。
 

pid溫控器參數的(de)選擇
      如前所述, PID 的(de)主要參數是KP、Ti 及Td。其選擇方法是: 首先根據控制系統的(de)特性确定K p 的(de)極性。在本文中, 其極性應爲負, 而不是文獻[2]中所要求的(de)正極性; 并且實驗發現, 本系統雖然屬于具有延遲效應的(de)溫度控制系統, 但Kp 不能選擇過大(dà), 否則将不穩定。其次, Ti 及Td 的(de)選擇相對(duì)而言就不是很嚴格了(le), 可(kě)根據設計者的(de)要求(如希望積分(fēn)作用(yòng)明(míng)顯還(hái)是微分(fēn)作用(yòng)明(míng)顯) 而定。關于采樣周期則可(kě)以根據系統響應的(de)延遲時(shí)間而定, 一般可(kě)選擇比系統響應稍快(kuài)些即可(kě), 選擇過小的(de)采樣周期反而不好。本文選擇的(de)是與系統響應時(shí)間相當的(de)采樣周期, 約0.3～ 0.5s。PID 參數的(de)選擇不是唯一的(de), 但一定要選擇好關鍵參數。在本文中則應仔細選擇Kp ,然後再選擇其它參數。隻要一組PID 參數能夠較好地用(yòng)于控制系統, 并且控制效果也(yě)是較好的(de), 則說明(míng)這(zhè)樣一組參數是合适的(de)。
      本文中的(de)PID 參數選擇如下(xià): Kp =- 1.0, Ti= 2, Td= 1.5, T = 0.3, 這(zhè)樣的(de)一組PID 參數可(kě)以達到良好的(de)控制效果。

實驗結果
       爲了(le)驗證控制器的(de)工作情況, 我們設計了(le)一種模拟實驗條件, 電路如圖3 所示。通(tōng)過改變R2 的(de)阻值, 便可(kě)相應地改變穩壓器LM 317 消耗的(de)功率, 也(yě)即其自身的(de)溫度會相應地改變。在環境溫度爲24℃時(shí), 當不進行控制時(shí)其溫度可(kě)以達到約70℃; 後采用(yòng)本控制器對(duì)其進行溫度控制, 測得(de)的(de)結果如圖4(a)、(b) 所示(圖中橫坐(zuò)标爲采樣時(shí)間序列,每點對(duì)應約0.4 秒) , 可(kě)見精度達到了(le)±0.05℃, 控制效果是很好的(de)。
 
 

結束語
       PID 控制原理(lǐ)的(de)優點在于能夠在控制過程中根據預先設定好的(de)控制規律不停地自動調節控制量以使被控系統朝著(zhe)設定的(de)平衡狀态過度, 最後達到控制範圍精度内的(de)穩定的(de)動态平衡狀态。
       要使用(yòng)好PID 控制原理(lǐ), 關鍵在于根據實際情況确定PID 的(de)各種參數, 這(zhè)項工作可(kě)能是費時(shí)的(de), 但做(zuò)好了(le), 将會提高(gāo)控制器的(de)使用(yòng)效果, 達到較高(gāo)的(de)控制精度, 是值得(de)的(de)。

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