CN105302197B - 一种温度智能调控的移动加热控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及温度智能调控的移动加热控制系统及方法，该系统包括检测模块、控制器和加热炉；其中检测模块由数据采集模块和传感器组成，控制器由计算机和板卡组成，加热炉由晶闸管和加热器组成。本发明综合考虑了影响加热炉运动中影响温度变化的各种因素，采用加热与加热补偿两个独立的控制方式，并建立一个根据位移、温度与时间的线性关系，使控制信号调整幅度减小，极大的提高了运动中温度控制的速度和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度智能调控的移动加热控制系统及方法，尤其涉及一种移动加热，高精度要求的根据不同工况呈线性变化的温度控制系统和方法。
背景技术
温度智能调控的移动加热控制系统，是实现根据加热炉在静止与运动不同工况温度控制的设备。与传统的加热控制比较，温度智能控制系统采用闭环控制方式，根据不同的工况实现不同的温度控制的设备。由于控制精度较高，不易超差等特点，在温度控制系统中得到日益广泛的应用。变温度智能调控的移动加热控制系统涉及输出电压调节、智能优化算法、信号采集、信号处理与通讯控制等方面。在应用环境中，输出电压是最主要、甚至是唯一可调的参数，因此温度智能调控的移动加热控制系统的控制优化实质主要为电压调节的优化。在实际的温度控制过程中工况比较复杂，影响因素较多，试件传热情况，试件安装的情况，加热炉是静止状态还是运动状态等，而且各个参数时时变化。如对影响因素不进行监控反馈并时时的补偿运动产生损失的热量，必将影响控制精度和控制速度。
为解决上述问题，通常采用的策略是多采用PID闭环控制，由于PID控制方法其中最主要的问题就是PID控制器参数的整定问题，且一旦整定计算结束，在整个控制过程中都是固定不变的。而且当加热炉开始水平运动，经过试件低温部分时，加热炉原有的温度平衡被打破。为保证控制过程中不出现超调现象，PID控制方式通常会重新整定，输出比较缓慢的变化信号。这种控制方法可能出现超调现象，而且控制速度非常缓慢。如果加快调整速度，又难保证不出现大幅度的超调现象。尤其在一些不同工况呈线性变化的温度控制要求中，PID控制方法的参数确定后，每次的输出增量都需要重新计算。在一些即要求温度精度，又要保证控温速度的控制环境中不能很好满足客户的要求，这使得很多设计胎死腹中。
为此，亟待研发一种温度智能调控的移动加热控制系统及方法，改善上述技术的缺失，能够全面的考虑影响控温时间的影响因素以及影响因素之间的耦合关系，显著地提高温度控制系统的准确性并缩短控制时间。
发明内容
发明目的
本发是提供了温度智能调控的移动加热控制系统及方法，其目的是为了显著提高控制系统的准确性及控制精度，并实现不同工况呈线性变化的温度调节，以达到高效节能的功能。
技术方案
一种温度智能调控的移动加热控制系统，其特征在于：所述系统包括检测模块、控制器和加热炉；其中检测模块由数据采集模块和传感器组成，控制器由计算机组成，加热炉由晶闸管和加热器组成；计算机的信号输出端分别连接晶闸管的信号输入端与加热炉运动装置，晶闸管的信号输出端连加热器信号输入端；温度传感器信号输出端连接数据采集模块信号输入端，数据采集模块信号输出端连接计算机信号输入端。
所述传感器为温度传感器。
所述控制器的计算机中包括软件控制平台和智能优化算法模块。
一种温度智能调控的移动加热控制系统的控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
步骤1.根据初始设置，计算机输出电压启动晶闸管，并逐步增加控制信号电压；
步骤2.检测模块中的传感器检测加热炉中的温度，然后通过数据采集模块将采集的信号转换成数字信号输出，接着执行步骤3；
步骤3.判断温度信号值是否达到目标温度值，如果是，执行步骤5，如果否，执行步骤4；
步骤4.采用恒定电压输出，存储温度变化与时间，当温度与设定温度小于设定的误差时，采用PID算法实现加热电压的微调，然后执行步骤3；
步骤5.根据温度变化与加热时间建立线性关系，启动运动装置；然后执行步骤6；
步骤6.判断温度信号值是否达到目标温度值，如果是，执行步骤8，如果否，执行步骤7；
步骤7.启动加热补偿装置。依据智能优化算法模块的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的加热控制信号至加热炉，然后执行步骤6；
步骤8.结束。
所述控制系统中采用主加热和加热补偿分别控制的方式。加热炉静止时采用主加热对加热炉进行加热。加热炉运动中保持主加热功率恒定，启动加热补偿装置对运动中产生的热量进行补偿。计算机中的存储单元储存储加热炉运动中加热补偿功率、移动速度、与温度变化。通过智能优化模块计算出达到预定温度时，加热补偿所又要的功率。
所述系统的整体输出信号分为主加热、加热补偿的信号。
所述系统通过软件控制平台和智能优化算法模块对不同工况参数的分析和处理，计算出最优输出信号。
优点及效果
本发明是一种温度智能调控的移动加热控制系统及方法，具有以下优点：
与其它的温度控制技术相比，本发明的温度智能调控的移动加热控制系统以及方法可综合考虑不同工况呈线性变化的温度变化因素，建立一个融合多参数与一体的最有模型，快速的调整控温速度，改善上述现有技术的缺点，能够全面的考虑加热炉在移动过程中影响控温精度的因素以及影响因素之间的耦合关系，极大地提高温度制系统的控制精度和准确性，并有效缩短控制时间。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明是温度智能调控的移动加热控制系统，所述温度智能调控的移动加热控制系统在移动的控温系统电子装置中，用于调节温度控制中的加热炉的输入电压。检测模块中的传感器检测加热炉在静止和移动中不同工况的温度参数并将检测到的参数输出，然后通过数据采集模块将采集的信号转成数字信号输出。控制器中的计算机依据检测模块中的温度传感器输出的参数，首先实现对静止的加热炉的控温。当静止的加热炉达到预定的温度后，开始匀速平移加热炉，同时采集移动加热炉内部的温度变化，并依据智能控制算法模块，对不同工况参数进行预测计算，将预测后的电压输出控制信号通过板卡传送至加热炉；加热炉接收到板卡的控制信号后，通过调节加热炉的输出功率实现温度的控制。在根据检测模块检测的移动加热炉温度达到预定温度时，通过PID控制实现对输出信号的微调，以达到保持的温度。
图1为本发明的结构示意图，如图1中所示，温度智能调控的移动加热控制系统包括检测模块、控制器和加热炉。其中检测模块由一个传感器和数据采集模块组成，传感器为温度传感器；在实现温度控制正常工作时，检测不同工况条件下的参数并将检测到的参数输出。传感器对加热炉进行实时监控，并将系统参数通过数据采集模块传递给计算机。
为解决上述问题，设计了的一种智能高精度的控制器，本发明解决了由于原有PID控制方法中不能同时在加热炉移动过程中需要的变化的热量补偿的问题。该方法对原有温控算法进行改进，设计了相应的模糊控制算法，采用两套设备实现对加热炉的温度控制，对静止状态和运动状态的热装置分别控制。静止状态的加热炉采用PID算法实现温控，运动过程中采用智能算法实现对温度变化和运动时间的关系进行分析，计算出运动中需要补偿的热量实现对加热炉的热量补偿。缩短普通PID调整控制信号的时间，保证了温控速度的同时不出现大幅度的超调现象，保证温度控制精度。
控制器由计算机和板卡(例如：812PG)组成，计算机中包括软件控制平台和智能优化算法模块；加热炉由晶闸管和加热器组成；计算机的信号输出端分别连接晶闸管的信号输入端与加热炉运动装置，晶闸管的信号输出端连加热器信号输入端；温度传感器信号输出端连接数据采集模块信号输入端，数据采集模块信号输出端连接计算机信号输入端。
图2为本发明控制方法的流程图，如图2所示，应用本发明的温度智能调控的移动加热控制系统及方法的软件平台，预先建立静态加热炉温度变化与加热时间的线性关系，并执行下列步骤：
步骤1.根据初始设置，计算机输出电压启动晶闸管，并逐步增加控制信号电压；
步骤2.检测模块中的传感器检测加热炉中的温度，然后通过数据采集模块将采集的信号转换成数字信号输出，接着执行步骤3；
步骤3.判断温度信号值是否达到目标温度值，如果是，执行步骤5，如果否，执行步骤4；
步骤4.采用恒定电压输出，存储温度变化与时间数据，当温度与设定温度较小时，采用PID算法实现加热电压的微调，然后执行步骤3；
当加热炉温度与预定温度相差较大时，采用恒定电压输入实现加热控制。过程中记录温度变化与时间数据。当温差较小时，采用PID控制方法实现温度的微调。恒定电压的设定可以根据试件的导热系数计算得到。
步骤5.根据温度变化与加热时间建立线性关系，启动运动装置；然后执行步骤6；
tp＝α*xb+β
ti:试验中各个阶段的温度值
bi:试验中各个阶段的加热时间
tp:预期温度目标值
xb:预测加热装置控制信号值
在加热炉静止状态下，对温度变化与加热时间建立线性关系。通过最小二乘法计算出达到预期目标温度时所需要的输出电压值。
步骤6.判断温度信号值是否达到目标温度值，如果是，执行步骤8，如果否，执行步骤7；
步骤7.启动加热补偿装置。依据智能优化算法模块的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的加热控制信号至加热炉，然后执行步骤6；
由于加热炉移动中接触低温部分的试件，导致热平衡打破。启动加热补偿装置对失去的热量进行补偿。传统的方法到温度发生变化时，加大热量补偿。这样的方式会出现温度的超调。尤其是对高温控制时，温度超调量较大。本方法计算补偿热量根据装置静止时，加热量与温度的变化值，以及加热炉单位时间移动的距离通过最小二乘法进行预测，提前给出加热补偿，减少超调的情况。
Claims (4)
1.一种温度智能调控的移动加热控制系统的控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
步骤1. 根据初始设置，计算机输出电压启动晶闸管，并逐步增加控制信号电压；
步骤2. 检测模块中的传感器检测加热炉中的温度，然后通过数据采集模块将采集的信号转换成数字信号输出，接着执行步骤3；
步骤3. 判断温度信号值是否达到目标温度值，如果是，执行步骤5，如果否，执行步骤4；
步骤4. 采用恒定电压输出，存储温度变化与时间，当温度与设定温度小于设定的误差时，采用PID算法实现加热电压的微调，然后执行步骤3；
步骤5. 根据温度变化与加热时间建立线性关系，启动运动装置；然后执行步骤6；
步骤6. 判断温度信号值是否达到目标温度值，如果是，执行步骤8，如果否，执行步骤7；
步骤7. 启动加热补偿装置，依据智能优化算法模块的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的加热控制信号至加热炉，然后执行步骤6；
步骤8. 结束。
2.根据权利要求1所述的温度智能调控的移动加热控制系统的控制方法，其特征在于：所述计算机中的存储单元储存储加热炉静止状态时加热所需要的电压控制信号；对加热炉运动中需要的补偿热量，通过智能优化算法模块输出电压控制信号，并在运动中采集温度信息与补偿加热电压信号，对不同阶段的信号进行分析，给出下阶段控制温度所需要的电压控制信号。
3.根据权利要求1所述的温度智能调控的移动加热控制系统的控制方法，其特征在于：所述系统的整体输出信号只有控制加热的电压的信号。
4.根据权利要求1所述的温度智能调控的移动加热控制系统的控制方法，其特征在于：所述系统通过软件控制平台和智能优化算法模块对不同工况参数的分析和处理，计算出最优输出信号。
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