CN112503957A - 一种保温炉的温控方法 - Google Patents

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sensor
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汤旺
唐德军
张雨
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Nanjing Superyears Gene Technology Co ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种保温炉的温控方法，获取第一传感器和第二传感器的温度读数，并基于温度设定值计算所述第二传感器的升温速度；利用PID算法进行积分分离，并通过H桥使帕尔贴的温度达到设定温度阈值；当达到所述温度阈值时，通过串级PID控制法对保温炉的温度进行控制，提高保温炉的稳定性。

Description

一种保温炉的温控方法
技术领域
本发明涉及保温炉技术领域，尤其涉及一种保温炉的温控方法。
背景技术
现有的保温炉大都存在升温速度速快而超调较大、或者超调小而升温速度慢等问题。这样在对超调量和升温速度有要求的场合显然是不合适的，例如在医疗领域对温度有着严格的要求，若超调量和升温速度得不到保证，则会因保温炉的稳定性差导致实验的失败。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保温炉的温控方法，提高保温炉的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了一种保温炉的温控方法，包括以下步骤：
获取第一传感器和第二传感器的温度读数，并基于温度设定值计算所述第二传感器的升温速度；
利用PID算法进行积分分离，并通过H桥使帕尔贴的温度达到设定温度阈值；
当达到所述温度阈值时，通过串级PID控制法对保温炉的温度进行控制。
其中，利用PID算法进行积分分离，并通过H桥使帕尔贴的温度达到设定温度阈值，包括：
利用比例系数与输入值求导值的乘积取代原来的微分，并对偏差微分进行积分分离，然后基于计算结果驱动H桥，改变帕尔贴的温度，直至达到设定的温度阈值，其中，所述温度阈值为90摄氏度。
其中，当达到所述温度阈值时，通过串级PID控制法对保温炉的温度进行控制，包括：
将获取的保温炉的炉内温度以及所述温度设定值作为一级输入，经过第一级PID的运算后，将得到的一级输出作为第二级PID的输入，得到所述保温炉的期望功率。
其中，将得到的一级输出作为第二级PID的输入，得到所述保温炉的期望功率，包括：
将所述一级输出和所述第二传感器对应的所述升温速度作为第二级PID的输入，并将得到的二级输出值作为所述保温炉的期望功率。
本发明的一种保温炉的温控方法，获取第一传感器和第二传感器的温度读数，并基于温度设定值计算所述第二传感器的升温速度；利用PID算法进行积分分离，并通过H桥使帕尔贴的温度达到设定温度阈值；当达到所述温度阈值时，通过串级PID控制法对保温炉的温度进行控制，提高保温炉的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种保温炉的温控方法的步骤示意图。
图2是本发明提供的一种保温炉的温控系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1和图2，本发明提供一种保温炉的温控方法，包括以下步骤：
S101、获取第一传感器和第二传感器的温度读数，并基于温度设定值计算所述第二传感器的升温速度。
具体的，如图2所示，第一传感器为保温炉内部传感器，反馈当前保温炉的内部温度。第二传感器为反馈帕尔贴温度的传感器。然后根据反馈回来的数据，通过PID算法，去驱动H桥，进而控制帕尔贴。使得保温炉内部温度符合我们的期望的同时兼顾了超调和升温速度。
首先，获取第一传感器和第二传感器的温度读数，由于有一定的波动所以需要对其进行均值滤波处理。处理完的数据在进行卡尔曼滤波，使的温度数据更加的接近真实的温度数据。然后，获取温度设定值以及计算第二传感器的升温速度。即利用经典PID算法，分析造成超调和升温速度的因数，因为实际中很多都是模拟量，而计算机只能处理数字量，只能将连续的离散化，因此经典PID算法为离散化的位置式PID，位置式的PID是指控制器输出直接去控制执行机构(如阀门)和执行机构(阀门开度一一对应)，计算公式为：
Figure BDA0002800530210000031
e＝Setpoint-Input
其中，KP为比例系数，KI为积分系数，KD为微分系数，e为偏差，∫e(t)dt为偏差对时间的积分，
Figure BDA0002800530210000032
为微分值，Setpoint为设定值，Input为输入值，Output为输出值。
S102、利用PID算法进行积分分离，并通过H桥使帕尔贴的温度达到设定温度阈值，
具体的，PID如果不规则的调用，会产生以下2个问题：1.有时候定时调用，有时候又停止调用，将得不到PID的持续稳定特性。2.需要额外对积分和微分进行数学计算，因为他们都是和时间息息相关的。
传统的微分一个微小的变化将会导致出现一个极大的值，这将不利于系统的稳定性。除了设置值改变的时候，偏差的微分等于输入导数的负值。其解决方法如下：
Figure BDA0002800530210000033
Figure BDA0002800530210000034
式中，
Figure BDA0002800530210000035
为偏差的微分，
Figure BDA0002800530210000036
为设定值的导数，
Figure BDA0002800530210000037
为输入值的导数。
利用KD×dInput取代原来的微分，这就是微分的测量方法。其中，KD为比例系数，dInput为输入值求导，修正后带来的效果。注意输入依旧是一样的。我们得到了一样的性能，并且不会因为设定值的变化导致输出波形有很大的纹波。
由于设定值距离目标值有一个很大的温度差，这样会导致出现积分饱和。这是导致温度超调的一个很重要的因数。若此时我们降低KP的的值，则会导致PID的升温力度不够。且超调也不会有很明显的改变。因此我们对此进行积分分离，这样可以提高KP的值，增强了保温炉的抗干扰能力。同时由于积分的温度区间较小，所以能明显的感觉到超调在降低，保温炉的抗干扰能力也在增强。
通过PID算法使得帕尔贴保持在90摄氏度，这个温度接近帕尔贴极限温度，但是不会是的帕尔贴损坏。这样做的好处是可以使保温炉以最快的温度进行升温，待保温炉的温度上升到接近设置的温度时，切换控制方法的同时停止加热。
S103、当达到所述温度阈值时，通过串级PID控制法对保温炉的温度进行控制。
具体的，在温差较大时，我们期望保温炉能全功率运行，但是当保温炉全功率长时间运行时，会导致温度超过帕尔贴的极限温度。所以此方法不合适。所以我们换个思路，前期对帕尔贴进行PID控制，即让帕尔贴工作在极限温度附近，这样大大提升了保温炉的升温速度。在其接近保温炉设定的温度附近时，我们切换保温炉的控制目标。即以炉温为控制对象，采用串级PID，此方法尽可能多的控制了引起温度变化的一些变量。如帕尔贴的温度变化会引起保温炉的炉内温度变化。所以串级PID的控制思想如下：第一级PID的输入是保温炉的炉内温度以及保温炉的温度设定值。经过第一级PID的运算后，得到的最终输出或者说是一级输出作为第二级PID的输入。第二级的PID的输入为第一级的PID的输出以及第二传感器的升温速度。最终得到的第二级PID输出值即为我们期望的保温炉的功率。且由于温差较小和积分分离的存在，使得保温炉的超调量较小。这样兼顾了超调和升温速度二者之间的平衡。二段式温度控制，前期照顾了升温速度和保护了帕尔贴。后期降低了温度的超调量，使得系统运行符合我们的期望；结构简单，功能易行，性价比高、稳定好好，有效的保护了硬件。
本发明的一种保温炉的温控方法，获取第一传感器和第二传感器的温度读数，并基于温度设定值计算所述第二传感器的升温速度；利用PID算法进行积分分离，并通过H桥使帕尔贴的温度达到设定温度阈值；当达到所述温度阈值时，通过串级PID控制法对保温炉的温度进行控制，提高保温炉的稳定性。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种保温炉的温控方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取第一传感器和第二传感器的温度读数，并基于温度设定值计算所述第二传感器的升温速度；
利用PID算法进行积分分离，并通过H桥使帕尔贴的温度达到设定温度阈值；
当达到所述温度阈值时，通过串级PID控制法对保温炉的温度进行控制。
2.如权利要求1所述的一种保温炉的温控方法，其特征在于，利用PID算法进行积分分离，并通过H桥使帕尔贴的温度达到设定温度阈值，包括：
利用比例系数与输入值求导值的乘积取代原来的微分，并对偏差微分进行积分分离，然后基于计算结果驱动H桥，改变帕尔贴的温度，直至达到设定的温度阈值，其中，所述温度阈值为90摄氏度。
3.如权利要求1所述的一种保温炉的温控方法，其特征在于，当达到所述温度阈值时，通过串级PID控制法对保温炉的温度进行控制，包括：
将获取的保温炉的炉内温度以及所述温度设定值作为一级输入，经过第一级PID的运算后，将得到的一级输出作为第二级PID的输入，得到所述保温炉的期望功率。
4.如权利要求3所述的一种保温炉的温控方法，其特征在于，将得到的一级输出作为第二级PID的输入，得到所述保温炉的期望功率，包括：
将所述一级输出和所述第二传感器对应的所述升温速度作为第二级PID的输入，并将得到的二级输出值作为所述保温炉的期望功率。
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