CN103551218A

CN103551218A - 一种基于pid控制的恒温箱

Info

Publication number: CN103551218A
Application number: CN201310559669.XA
Authority: CN
Inventors: 鲍飞豹
Original assignee: Jinling Institute of Technology
Current assignee: Jinling Institute of Technology
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: CN103551218B

Abstract

本发明公开了一种基于PID控制的恒温箱，该恒温箱包括加热室、电加热器、环境温度传感器、中央处理器、单片机、箱内温度传感器、制冷机组、制冷室。恒温箱内设置有加热室和制冷室，与中央处理器相连接的加热室内安装有电加热器，与中央处理器相连接的制冷室内安装制冷机组；恒温箱内安装有箱内温度传感器，恒温箱外安装有环境温度传感器，箱内温度传感器和环境温度传感器均与单片机相连接，单片机与中央处理器相连接；所述的恒温箱的温控系统采用增量式PID控制。本发明的基于PID控制的恒温箱，采用复合控制方式极大的弥补了单纯采用PID算法的不足，具有动态响应好、上升时间快、超调小的特点，又具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度。

Description

一种基于PID控制的恒温箱

技术领域

本发明属于温控设备领域，尤其涉及一种基于PID控制的恒温箱。

背景技术

低温恒温箱常用于航空航天产品、信息电子仪器仪表、材料、电工、电子产品、各种电子元器件在低温环境下各种性能指标的检验，保证在环境试验中环境条件的再现性。传统的低温恒温箱包括加热装置和制冷装置，所述加热装置包括提供热量的加热器、调节加热器功率的功率调节装置，所述加热装置和制冷装置采用PID（proportion-integration-differentiation, 比例- 积分- 微分）控制方式控制，所述制冷装置包括制冷机组、维持恒定制冷量的节流装置及用于液体蒸发的蒸发器。工作时，采用平衡调温控制，节流装置的制冷量恒定，制冷装置持续向低温恒温箱内提供冷气；功率调节装置控制加热器的加热功率且加热器持续向低温恒温箱内提供热量，并在PID 控制器的控制下，精确控制加热功率，使加热装置与制冷装置功率平衡，保持低温恒温箱内温度的稳定。

然而，传统的恒温箱本身都会存在滞后性，系统不稳定，对温度的调节不敏感，动态响应性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PID控制的恒温箱，旨在解决现有的恒温箱温控系统存在滞后性，对温度调节不敏感，动态响应性差得问题。

本发明是这样实现的，一种基于PID控制的恒温箱包括加热室、电加热器、环境温度传感器、中央处理器、单片机、箱内温度传感器、制冷机组、制冷室。恒温箱内设置有加热室和制冷室，与中央处理器相连接的加热室内安装有电加热器，与中央处理器相连接的制冷室内安装制冷机组；恒温箱内安装有箱内温度传感器，恒温箱外安装有环境温度传感器，箱内温度传感器和环境温度传感器均与单片机相连接，单片机与中央处理器相连接。

进一步，所述的恒温箱的温控系统采用增量式PID控制。

系统温控系统采用的增量式PID 控制算法为:

Δu(k)=k_p(e(k)-e(k-1))+k_ie(k)+k_d(e(k)-2e(k-1) +e(k-2))。通过计算当前系统误差e和误差变化率e_c,利用模糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵表进行参数调整。工作人员建立合适的模糊规则表,得到针对k_p 、k_i 、k_d 3 个参数分别整定的模糊控制表,k_p、k_i、k_d 的模糊规则表。将系统误差e 和误差变化率e_c变化范围定义为模糊集上的论域e , e_c = { - 5， - 4 , - 3 , -2 , - 1 ,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5}其模糊子集为e , e_c ={NB ,NM,NS ,O , PS , PM, PB} ,子集中元素分别代表负大,负中,负小,零,正小,正中,正大。设e 、e_c 和k_p 、k_i 、k_d均服从正态分布,因此可得出各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型,应用模糊合成推理使在线运行过程中完成对PID参数的在线自校正。

效果汇总

本发明的基于PID控制的恒温箱，采用复合控制方式极大的弥补了单纯采用PID 算法的不足, 具有动态响应好、上升时间快、超调小的特点,又具有PID 控制器的动态跟踪品质和稳态精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于PID控制的恒温箱的结构示意图。

图中：1、加热室；2、电加热器；3、环境温度传感器；4、中央处理器；5、单片机；6、箱内温度传感器；7、制冷机组；8、制冷室

图2是本发明实施例提供的k_p的模糊规则表；

图3是本发明实施例提供的k_i的模糊规则表；

图4是本发明实施例提供的k_d的模糊规则表。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明的基于PID控制的恒温箱的结构，如图所示，本发明是这样实现的，一种基于PID控制的恒温箱包括加热室1、电加热器2、环境温度传感器3、中央处理器4、单片机5、箱内温度传感器6、制冷机组7、制冷室8。恒温箱内设置有加热室1和制冷室8，与中央处理器4相连接的加热室1内安装有电加热器2，与中央处理器4相连接的制冷室8内安装制冷机组7；恒温箱内安装有箱内温度传感器6，恒温箱外安装有环境温度传感器3，箱内温度传感器6和环境温度传感器3均与单片机5相连接，单片机5与中央处理器4相连接。

进一步，所述的恒温箱的温控系统采用增量式PID控制。

系统温控系统采用的增量式PID 控制算法为:

单片机5的一个I/O 口用于将采集到的温度送入单片机中进行处理, 处理结果送入中央处理器4进行分析，中央处理器4根据分析结果对电加热器2和制冷机组7进行温度控制。系统将整个控制算法作为一个函数以备汇编语言调用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于PID控制的恒温箱，其特征在于，所述的基于PID控制的恒温箱包括加热室、电加热器、环境温度传感器、中央处理器、单片机、箱内温度传感器、制冷机组、制冷室;恒温箱内设置有加热室和制冷室，与中央处理器相连接的加热室内安装有电加热器，与中央处理器相连接的制冷室内安装制冷机组；恒温箱内安装有箱内温度传感器，恒温箱外安装有环境温度传感器，箱内温度传感器和环境温度传感器均与单片机相连接，单片机与中央处理器相连接。

2.如权利要求1所述的基于PID控制的恒温箱，其特征在于，所述的恒温箱的温控系统采用增量式PID控制。

3.如权利要求2所述的基于PID控制的恒温箱，其特征在于，系统温控系统采用的增量式PID 控制算法为:

Δu(k)=k_p(e(k)-e(k-1))+k_ie(k)+k_d(e(k)-2e(k-1) +e(k-2))，

通过计算当前系统误差e和误差变化率e_c,利用模糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵表进行参数调整;建立合适的模糊规则表,得到针对k_p 、k_i 、k_d 3 个参数分别整定的模糊控制表,k_p、k_i、k_d 的模糊规则表;

将系统误差e 和误差变化率e_c变化范围定义为模糊集上的论域e , e_c = { - 5， - 4 , - 3 , -2 , - 1 ,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5}其模糊子集为e , e_c ={NB ,NM,NS ,O , PS , PM, PB} ,子集中元素分别代表负大,负中,负小,零,正小,正中,正大，

设e 、e_c 和k_p 、k_i 、k_d均服从正态分布,因此可得出各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型,应用模糊合成推理使在线运行过程中完成对PID参数的在线自校正。