CN101751050A - 保温增温箱适用的温度自动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种保温增温箱适用的温度自动控制器，它包括数据采集模块、控制输出模块、显示电路模块、越限报警模块、键盘输入模块和单片机，采集模块、显示电路模块、越限报警模块和键盘输入模块的信号输出端都和单片机的信号输入端连接，单片机的信号输出端和控制输出模块的信号输入端连接。本发明使过程控制始终处于最佳控制状态，简化了对象的辨识过程，同时也为集约化、小型化的温度自动控制器奠定了基础。

Description

保温增温箱适用的温度自动控制器

技术领域

本发明涉及温度测量和控制技术领域，具体涉及一种保温增温箱适用的温度自动控制器。

背景技术

温度控制是保温增温箱的重要控制环节。在现有保温增温箱的温度自动控制器中，其过程控制方式是将被测量温度由传感器变换成统一的标准信号送入调节器，在调节器中，与给定值进行比较，然后把比较出的差值进行PID运算。所谓PID运算就是比例、积分、微分运算。P调节就是调节器的输出和输入成比例。调比例带，也就是调比例系数，比例带就是输出与输入之比(放大倍数)的倒数。I调节就是输出是输入量(即偏差)的积分，只要有偏差，调节器就会不断积分，使输送到执行器的信号变化，校正被控量，直到达到无偏差为止，所以有了积分调节器就会消除稳态偏差。所谓整定积分时间就是调积分的快慢，这要取决于对象的特性。D调节就是微分调节，也就是输出对输入的微分。微分调节的优点在于它的超前性，当输入发生变化时，马上就有微分信号产生，使被控量得以提前校正，然后再由P、I进行校正，这样可以使整个调节的过渡过程时间缩短，有利于调节质量的提高。但是，实际温度控制过程常具有非线性、时变性和不确定性，且很多温度控制过程是多变量的，难于建立其精确的数学模型。即使一些对象能够建立起数学模型，其结构也往往十分复杂。难于设计并实现有效控制。由于这种原因，温度控制过程领域应用现代控制理论设计的过程控制器的控制效果收效甚少，经典PID控制器仍然占有重要地位，而自动温度控制算法尚未真正用于实际，尤其在温度控制这一领域，还没有真正实用的应用自动控制算法的温度控制器。而普通的温度控制器，在控制纯滞后是时间常数一倍以上的对象时，效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种真正应用自动控制算法的保温增温箱适用的温度自动控制器，以克服现有技术的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种保温增温箱适用的温度自动控制器，包括数据采集模块、控制输出模块、显示电路模块、越限报警模块和键盘输入模块，其结构在于：温度自动控制器还包括单片机，采集模块、显示电路模块、越限报警模块和键盘输入模块的信号输出端都和单片机的信号输入端连接，单片机的信号输出端和控制输出模块的信号输入端连接。

所述的温度自动控制器，其特征在于：单片机用于实现预整定控制算法和自动控制算法，自动控制算法如下所述：

新的对象的参数估计量＝老的对象的参数估计量+修正向量×(新的测量值-新测量值的一步预测)。

本发明采用连续辨识对象数学模型，不断修正控制参数的原理，使过程控制始终处于最佳控制状态。考虑到实际情况下对象数学模型变化时，往往纯滞后时间变化不大的事实，本发明在实施对象数学模型的辨识时，采用了预整定(start-tuning)辨识对象纯滞后时间；采用离散化被控对象参数，用最小二乘法递推的办法辨识对象其他参数的方法，大大简化了对象的辨识过程，同时也为集约化、小型化的温度自动控制器奠定了基础，因此本发明提供的温度自动控制器适合于在体积相对较小的保温增温箱上使用。

附图说明

图1为本发明原理示意图；

图2为本发明工作时的原理示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，保温增温箱适用的温度自动控制器包括数据采集模块1、控制输出模块2、显示电路模块3、越限报警模块4、键盘输入模块5和单片机6，采集模块1、显示电路模块3、越限报警模块4和键盘输入模块5的信号输出端都和单片机6的信号输入端连接，单片机6的信号输出端和控制输出模块2的信号输入端连接。

工作时如图2所示，温度传感器8的感应探头置于加热对象9中，温度传感器8的信号输出端与温度自动控制器的数据采集模块1的信号输入端连接，控制输出模块2的加热装置置于加热对象9中。

单片机6用于实现预整定控制算法和自动控制算法，自动控制算法如下所述：

新的对象的参数估计量＝老的对象的参数估计量+修正向量×(新的测量值-新测量值的一步预测)。

实验证明：在实时控制时，无论对象的数学模型如何变化(如电加热控制中的电源电压变化，负载变化，散热效果变化等)；无论控制器初始的控制参数(P、I、D)是多少，系统都能在3～5倍的对象纯滞后时间内稳定，而且系统超调很小。

实施例保温增温箱闭环试验：

1.将输入和输出线、电源线接好，上电起动；设定温度为65度，经过预整定环节，得出比例带参数P为20.0度，积分时间I为300秒，微分时间D为100秒；控制器再运行自动控制算法程序，大约10多分钟就能达到稳定状态，无过冲，比例带P在15.5度到25.9度之间变化，测量温度稳定后，比例带P也稳定在20.2度。然后稳定半个小时后，将设定温度升高到75度，控制器运行自动控制算法程序，大约20多分钟就能达到稳定状态，无过冲，比例带P在9.1度到28.4度之间变化，测量温度稳定后，比例带P也稳定在12.8度。再将设定温度升高到85度，控制器运行自动控制算法程序，大约15多分钟就能达到稳定状态，无过冲，比例带P在15度到25.6度之间变化，测量温度稳定后，比例带P也稳定在15度。测量值稳定一段时间后，将保温增温箱开门一分钟后关上，运行自动控制算法程序，大约30分钟测量值就能达到稳定状态，无超调，比例带在7.5度到30度之间变化，最终稳定在17.4度。测量温度稳定一段时间后，断电，充分自然冷却2。

2.继步骤1，上电冷启动，设定温度为85度，控制器运行自动控制算法程序，约40多分钟就能达到稳定状态，过冲1.5度，比例带P在12.4度到28.7度之间变化，测量温度稳定后，比例带P也稳定在18.5度。测量值稳定一段时间后，将保温增温箱开门一分钟后关上，运行自动控制算法程序，大约15分钟测量值就能达到稳定状态，无超调，比例带在15.8度到35.2度之间变化，最终稳定在29.6度。然后稳定半个小时后，将设定温度降低到70度，控制器运行自动控制算法程序，大约90多分钟就达到稳定状态，测量温度最低到67.4度，比例带P在12.8度到24.0度之间变化，测量温度稳定后，比例带P也稳定在21.4度。

试验表明，当其负荷及环境条件变化很大时，本发明仍然能自动改变比例带，取得满意的控制效果。

Claims (2)

1.一种保温增温箱适用的温度自动控制器，包括数据采集模块(1)、控制输出模块(2)、显示电路模块(3)、越限报警模块(4)和键盘输入模块(5)，其特征在于：还包括单片机(6)，采集模块(1)、显示电路模块(3)、越限报警模块(4)和键盘输入模块(5)的信号输出端都和单片机(6)的信号输入端连接，单片机(6)的信号输出端和控制输出模块(2)的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的保温增温箱适用的温度自动控制器，其特征在于：单片机(6)用于实现预整定控制算法和自适应控制算法，自适应控制算法如下所述：

新的对象的参数估计量＝老的对象的参数估计量+修正向量×(新的测量值-新测量值的一步预测)。

Images