CN102116282A

CN102116282A - 一种高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的pid控制方法

Info

Publication number: CN102116282A
Application number: CN201110023434XA
Authority: CN
Inventors: 孙磊; 刘岩; 杨波; 鲍治坤; 赵树民
Original assignee: Danaher Setra ICG Tianjin Co Ltd
Current assignee: Danaher Setra ICG Tianjin Co Ltd
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-07-06

Abstract

本发明提供一种高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的PID控制方法，与传统的高低温实验箱压缩机冷却PID控制方法比较，引入了压缩机冷却智能起停参数参与PID控制器的计算，并将压缩机冷却智能起停参数与计算出的比例系数、积分系数和微分系数进行关联，把它们作为当前控制器的参考进行PID控制。通过对高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的PID控制方法实际应用，可以有效的保护高低温实验箱的压缩机应用效果，降低冷却PID控制中压缩机启动电流，在满足实验箱温度控制要求，延长了压缩机使用寿命，并提高了高低温实验箱指标和质量。

Description

一种高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的PID控制方法

技术领域

本发明涉及工业控制或国防军事领域中高低温控制过程中应用功能研究，在借鉴传统PID控制，引进压缩机冷却智能起停参数参与PID控制器的计算，并将压缩机冷却智能起停参数与计算出的比例系数、积分系数和微分系数进行关联，通过对高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的PID控制方法实际应用，可以有效的保护高低温实验箱的压缩机应用效果，降低冷却PID控制中压缩机启动电流，在满足实验箱温度控制要求，延长了压缩机使用寿命，并提高了高低温实验箱指标和质量。

背景技术

工业控制领域或国防军事中温度控制应用的场合很多，用于工业产品高、低温的可靠性试验。对电子电工、汽车摩托、航空航天、船舶兵器、高等院校、科研单位等相关产品的零部件及材料在高、低温(交变)循环变化的情况下，检验其各项性能指标。高低温实验箱采用带PID调节、多种输出、快速自整定、数字式显示、读数方便高低温控制仪表。高低温实验箱产品示意图如图1所示，实验箱工作室及试品架为不锈钢材料，外箱体为优质冷轧板喷塑而成，外形美观。箱门与工作室、外壳设有耐高温密封条及压紧装置，有效的保证箱体的密封性。制冷系统选用全封闭压缩机，确保高低温实验箱低温的稳定性。有超温保护及控制回路过载保护、短路保护，使用安全可靠。

高低温实验箱高低温控制的简化模型如图2所示，高低温度控制主要包括加热装置、冷却装置、检测装置、控制单元和控制对象等，首先检测装置检测控制对象的实际温度，控制单元比较控制对象的实际温度和设定温度的差值，通过PID或模糊等理论计算需要输出的加热或制冷功率大小，由加热装置或冷却装置动作在控制对象上，在高低温控制的简化模型构成的闭环控制回路上实现如图3所示的温度控制过程。

PID控制问世至今已有60多年的历史，采用PID(比例-积分-微分)控制设计的温度控制器可以消除惯性温度误差，PID控制是根据系统的误差利用比例-积分-微分计算出控制量，由于传统的PID控制算法，其运算简单、调整方便、鲁棒性强，得到非常广泛的应用。目前高低温实验箱高低温控制的多采用PID控制，由于PID控制是基于循环时间段进行控制的，如果循环时间段设的太长就不能满足PID实时控制，如果循环时间段设的太短PID控制会造成冷却装置的压缩机频繁启动，造成压缩机启动电流，压缩机启动电流如图4所示，压缩机频繁缩短压缩机使用寿命。为避免压缩机频繁动作，在实际应用中利用传统的PID控制算法进行输出的计算，在输出端利用时间继电器进行延时输出控制，由于传统的PID控制算法没有考虑到时间继电器延时输出，这样就会造成PID控制算法计算出的比例增益P、积分时间I、微分时间D与实际控制的不一致，造成的温度控制不稳定。

高低温控制中由于上述PID控制问题，某些控制应用中放弃PID控制，采用On-off(开关)控制，当温度从高向低，没有到达设定低温时，压缩机持续工作，到达设定低温时，压缩机就停止工作，由于压缩机持续工作较长，会造成温度下冲过大；温度低于设定低温时，压缩机停止工作直到到达设定温度，由于压缩机停止工作较长，会造成温度上冲过大；采用On-off(开关)控制很难实现低温的稳定控制，围绕设定温度波动较大如图5所示。

发明内容

本发明的目的在于工业控制或国防军事领域中高低温控制过程中PID控制方法研究，提供一种高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的PID控制方法，在借鉴传统PID控制，引进压缩机冷却智能起停参数参与PID控制器的计算，并将压缩机冷却智能起停参数与计算出的比例系数、积分系数和微分系数进行关联。

引进压缩机冷却智能起停参数参与PID控制器的计算，并将压缩机冷却智能起停参数与计算出的比例系数、积分系数和微分系数进行关联，求取PID控制过程中的比例参数P、积分参数D、微分参数I，在控制过程中通过给定加热或制冷控制，根据高低温实验箱温度的变化，求取系统设定温度时的PID控制过程参数，图6所示引进压缩机冷却智能起停参数PID控制原理。

借鉴用传统数字PID算法，传统数字PID基本控制公式如下

u (t) = K_{P} [e (t) + \frac{1}{T_{I}} {&Integral;}_{0}^{t} e (τ) dτ + T_{D} \frac{d (e (t)}{dt}]

式中K_P--比例放大系数；T_I--积分时间；T_D--微分时间。

引进压缩机冷却智能起停参数，修正后数字PID控制公式如下

u (t) = K_{P} [e (t) + T_{T} (t) + \frac{1}{T_{I}} {&Integral;}_{0}^{t} e (τ) dτ + T_{D} \frac{d (e (t)}{dt}]

式中K_P--比例放大系数；T_I--积分时间；T_D--微分时间；T_T(t)--智能起停时间函数。

修正后数字PID控制公式进行离散化处理，引进压缩机冷却智能起停参数PID控制公式可得

u (k) = K_{P} + [e (k) + T_{T} (k) + \frac{T_{S}}{T_{I}} Σ_{j - 0}^{k} e (j) + \frac{T_{D}}{T_{S}} (e (k) - e (k - 1))] + u_{0}

式中u0--控制量的基值，即k＝0时的控制；u(k)--第k个采样时刻的控制；K_P--比例放大系数；K_I--积分放大系数；K_D--微分放大系数；T_s--采样周期；T_T(t)--智能起停时间函数。上式是引进压缩机冷却智能起停参数数字PID算法的非递推形式，将系统偏差的全部过去值e(j)(j＝1，2，3，...，k)都存储起来。得出控制量的全量输出u(k)，是控制量的绝对数值。

通过对高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的PID控制方法实际应用，可以有效的保护高低温实验箱的压缩机应用效果，降低冷却PID控制中压缩机启动电流，在满足实验箱温度控制要求，延长了压缩机使用寿命，并提高了高低温实验箱指标和质量，引进压缩机冷却智能起停参数PID控制温度如图7所示。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是高低温实验箱产品示意图；

图2是高低温实验箱高低温控制的简化模型；

图3是简化模型构成的闭环控制原理；

图4是压缩机启动电流；

图5是On-off(开关)高低温控制曲线；

图6是本发明的引进压缩机冷却智能起停参数PID控制原理；

图7是引进压缩机冷却智能起停参数PID控制温度曲线；

图8是本发明的采用压缩机冷却智能起停参数控制数字温控仪表电路图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本实施例提供基于ATMEL公司的AT89C52RD2通用处理芯片设计的处理器电路，结合电源电路，输入采集电路，显示电路和按键电路，加热输出电路，制冷输出电路，报警输出电路等组成数字温控仪表如图8所示，并采用高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的PID控制方法。

引入了压缩机冷却智能起停参数，改进PID控制器的计算公式，使得对压缩机冷却PID控制满足压缩机频繁动作间隔时间的要求，并将压缩机冷却智能起停与计算出的比例系数、积分系数和微分系数进行关联，把它们作为当前控制器的参考进行PID控制，实现低温实验箱低温稳定控制。，避免了PID控制压缩机频繁动作电流过大，缩短使用寿命，同时避免ON-OFF控制温度不稳定波动太大的缺点，使得控制温度稳定，压缩机不会频繁动作，延长使用寿命。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高低温实验箱的压缩机冷却智能起停的PID控制方法，其特征在于，该方法包括：

与传统的高低温实验箱压缩机冷却PID控制方法比较，引入了压缩机冷却智能起停参数参与PID控制器的计算，并将压缩机冷却智能起停参数与计算出的比例系数、积分系数和微分系数进行关联，把它们作为当前控制器的参考进行PID控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：高低温实验箱的压缩机冷却将PID控制与ON-OFF控制关联控制，避免了PID控制压缩机频繁动作电流过大，缩短使用寿命，同时避免ON-OFF控制温度不稳定波动太大的缺点，使得控制温度稳定，压缩机不会频繁动作，延长使用寿命。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：引入了压缩机冷却智能起停参数，改进PID控制器的计算公式，使得对压缩机冷却PID控制满足压缩机频繁动作间隔时间的要求，并将压缩机冷却智能起停与计算出的比例系数、积分系数和微分系数进行关联，把它们作为当前控制器的参考进行PID控制，实现低温实验箱低温稳定控制。