CN108563256A - 一种基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于具有影响传感元件的辅助加热装置的自动控制器技术领域，公开了一种基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法及系统，通过PID闭环控制可以使温度稳定在目标温度的±0.1℃，控制精度很高；本发明可以控制记忆合金丝的变形；本发明可以通过LabVIEW实现多通道温度控制；本发明的温度控制系统可扩展至其他温度控制情形。经过LabVIEW处理，再反馈给可编程电源，可编程电源根据接受的信号调整输出电流的大小，从而达到温度闭环控制的目的。通过LabVIEW结合PID进行控制，可以使温度达到比较高的精度，多通道设计可以实现多个温度同时控制。本发明提供的系统具有快速、稳定、可用于多个参数同时控制，可扩展性好。
Description
技术领域
本发明属于具有影响传感元件的辅助加热装置的自动控制器技术领域，尤其涉及一种基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法及系统。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：LabVIEW是由美国国家仪器公司研制开发的一种程序开发环境，使用的是图形化编程语言，产生的程序是框图的形式。LabVIEW采用模块式编程方式，可以充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理能力。在测试测量、控制和仿真等领域有着广泛的应用。卫星在航天领域占据了举足轻重的地位，星载天线是卫星系统的重要组成部分，影响了卫星的性能。太空中空间环境的变化会使天线的形状发生变化，进而导致系统失效。由于记忆合金具有良好的形状记忆效应和超弹性，将其应用于星载可展开天线的索网结构的型面精度的调节。通过对记忆合金的温度控制，进而控制形状记忆拉索的形状。此方法合理地调节了天线的型面精度，大大提高了天线的使用寿命。
综上所述，现有技术存在的问题是：星载天线在太空中长时间处于工作状态，工作过程中受到太阳以及其他行星的交替辐射加热和冷却，会引起天线高低温的剧烈变化，使天线结构产生一定的热变形，进而引起天线的形状偏差和精度偏差，导致天线寿命大大缩短甚至失效。
解决上述技术问题的难度和意义：空间中的热辐射可能使天线整体温度梯度过大，从而导致天线变形严重，引起天线的永久失效。但是目前还没有有效的方法补偿在轨天线的变形。因此，本发明利用温度闭环控制来调整记忆合金丝的长度，通过记忆合金的形状记忆效应来补偿天线的热变形，从而使天线能够正常工作，具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法及系统。
本发明是这样实现的，一种基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统，所述基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统包括：
数据采集模块，用于采集记忆合金丝实时温度；
PC机，用于处理采集到的数据；
LabVIEW平台，用于编写程序，完成整个控制过程，LabVIEW前面板可以设置所要求的温度值，后面板把采集到的信号和设定值进行比较，得到偏差信号，然后对偏差进行PID控制，在前面板设置PID参数。P即为比例控制，与偏差大小呈比例，调节P使调节速度加快；I即为积分控制，是对偏差的积分，调整I以消除稳态误差；D即为微分控制，是偏差的微分，微分可以预测偏差变化的趋势，调整D以减小超调量，提高系统稳定性；经过PID控制后将偏差信号传送至稳压电源；稳压电源提供稳定的电压输出，可编程电源通过PC机提供的偏差信号对合金丝进行加热。控制偏差为设定值与测量值之差，即e(t)＝r(t)-y(t)输出控制信号为：
多通道PID控制模块，用于对实时温度闭环控制，对实时数据处理后得到输出电压、电流；
输出执行模块，用于执行PID模块实时处理后的输出电压、电流；
参数设定模块，用于设定初始参数，主要包括目标温度、输出电压范围、PID参数和电源地址；
可编程电源模块，用于加热记忆合金丝，以及接收输出执行模块的实时电压、电流，进行实时调节。
本发明的另一目的在于提供一种所述基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统的基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法，所述基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法包括以下步骤：
数据采集模块采集温度数据传送至微处理器，微处理器将数据传送至LabVIEW，LabVIEW对数据进处理，把采集到的信号和设定值进行比较，得到偏差信号，然后对偏差进行PID控制，在前面板设置PID参数。P即为比例控制，与偏差大小呈比例，调节P使调节速度加快；I即为积分控制，是对偏差的积分，调整I以消除稳态误差；D即为微分控制，是偏差的微分，微分可以预测偏差变化的趋势，调整D以减小超调量，提高系统稳定性；通过PID控制将偏差信号传送至稳压电源；稳压电源提供稳定的电压输出，可编程电源通过PC机提供的偏差信号对合金丝进行加热；合金丝的温度由MX100连接的温度传感器测出，经过LabVIEW处理，再反馈给可编程电源，可编程电源根据接受的信号调整输出电流的大小。控制偏差为设定值与测量值之差，即e(t)＝r(t)-y(t)输出控制信号为：PID控制原理图如图3所示。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过PID闭环控制可以使温度稳定在目标温度的±0.1℃，控制精度很高；本发明可以控制记忆合金丝的变形，对于口径为2m的天线，加入对记忆合金的温度闭环控制后，其型面精度可由2mm提高至0.2mm，精度大为提高；本发明可以通过LabVIEW实现多通道温度控制；本发明的温度控制系统可扩展至其他温度控制情形。经过LabVIEW处理，再反馈给可编程电源，可编程电源根据接受的信号调整输出电流的大小，从而达到温度闭环控制的目的。通过LabVIEW结合PID进行控制，可以使温度达到比较高的精度，多通道设计可以实现多个温度同时控制。本发明提供的系统具有快速、稳定、可用于多个参数同时控制，可扩展性好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统结构示意图；
图中：1、温度采集模块；2、PC机；3、LabVIEW平台；4、多通道PID控制模块；5、输出执行模块；6、可编程电源模块；7、被控合金丝模块；8、参数设定模块；9、稳压电源模块。
图2是本发明实施例提供的基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法流程图。
图3是本发明实施例提供的PID控制原理图。
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。
由于记忆合金具有良好的形状记忆效应和超弹性，将其应用于星载可展开天线的索网结构的型面精度的调节。通过对记忆合金的温度控制，进而控制形状记忆拉索的形状；合理地调节了天线的型面精度，大大提高了天线的使用寿命。
如图1所示，本发明实施例提供的基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统包括：温度采集模块1、PC机2、LabVIEW平台3、多通道PID控制模块4、输出执行模块5、可编程电源模块6、被控合金丝模块7、参数设定模块8、稳压电源模块9。
数据采集模块1，用于采集记忆合金丝实时温度。
PC机2，用于处理采集到的数据。
LabVIEW平台3，用于编写程序，完成整个控制过程。
多通道PID控制模块4，用于对实时温度闭环控制，对实时数据处理后得到输出电压、电流。
输出执行模块5，用于执行PID模块实时处理后的输出电压、电流。
可编程电源模块6，用于加热记忆合金丝，以及接收输出执行模块的实时电压、电流，进行实时调节。
参数设定模块8，用于设定初始参数，主要包括目标温度、输出电压范围、PID参数和电源地址。
如图2所示，本发明实施例提供的基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法包括以下步骤：
本发明实施例提供的基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统包括MX100温度采集模块，LabVIEW平台、多通道PID控制模块、可编程电源模块、被控合金丝模块和稳压电源模块。数据采集模块采集温度数据传送至微处理器，微处理器将数据传送至LabVIEW，LabVIEW对数据进处理，通过PID控制将偏差信号传送至PC机；稳压电源提供稳定的电压输出，可编程电源通过PC机提供的偏差信号对合金丝进行加热；合金丝的温度由MX100连接的温度传感器测出，经过LabVIEW处理，再反馈给可编程电源，可编程电源根据接受的信号调整输出电流的大小，从而达到温度闭环控制的目的。通过LabVIEW结合PID进行控制，可以使温度达到比较高的精度，多通道设计可以实现多个温度同时控制。本发明提供的系统具有快速、稳定、可用于多个参数同时控制，可扩展性好。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图1所示，基于LabVIEW的多通道温度闭环控制系统，包括温度采集模块、PC机、LabVIEW平台、多通道PID控制模块、输出执行模块、可编程电源模块、被控合金丝模块、参数设定模块、稳压电源模块；温度采集模块主要由传感器和MX100组成，采集记忆合金的温度数据并将其转换为电信号，通过USB传送至PC机，PC机将数据传送至LabVIEW平台，LabVIEW控制系统通过PID对数据进行闭环控制，PID参数通过前面板进行设置，然后由输出执行模块将数据转换为电压或电流信号并发送给可编程电源，可编程电源改变加热功率以改变记忆合金丝的温度，从而控制记忆合金丝的长度，实现天线的型面调整，确保天线正常工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统，其特征在于，所述基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统包括：
数据采集模块，用于采集记忆合金丝实时温度；
PC机，用于处理采集到的数据；
LabVIEW平台，用于编写程序，完成整个控制过程；
多通道PID控制模块，用于对实时温度闭环控制，对实时数据处理后得到输出电压、电流；
输出执行模块，用于执行PID模块实时处理后的输出电压、电流；
参数设定模块，用于设定初始参数，主要包括目标温度、输出电压范围、PID参数和电源地址；
可编程电源模块，用于加热记忆合金丝，以及接收输出执行模块的实时电压、电流，进行实时调节。
2.一种如权利要求1所述基于LabVIWE的多通道温度闭环控制系统的基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法，其特征在于，所述基于LabVIWE的多通道温度闭环控制方法包括以下步骤：
数据采集模块采集温度数据传送至微处理器，微处理器将数据传送至LabVIEW，LabVIEW对数据进处理，通过PID控制将偏差信号传送至PC机；稳压电源提供稳定的电压输出，可编程电源通过PC机提供的偏差信号对合金丝进行加热；合金丝的温度由MX100连接的温度传感器测出，经过LabVIEW处理，再反馈给可编程电源，可编程电源根据接收的信号调整输出电流的大小。
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