CN112817349A - 一种黑体温度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黑体温度控制方法，包括以下步骤：系统上电，进行初始化配置；主控模块根据目标温度T0和环境温度T01的温度差值ΔT1所处的温差区间设置流体搅拌器控制模式；主控模块根据不同的温差区间，直接设置制热部件控制模式或进一步根据目标温度T0和当前温度T02来判断二者的温度差值所处的温度区间，根据温度区间设置制热部件控制模式。以参量的合理化来适应黑体升温过程与降温过程的差异，即非对称性，使黑体温度控制过程的动态性能和稳态性能均达到良好水平，可以提高黑体温度控制的速度、准确度和稳定度，减少超调量，缩短整个系统的预热时间，相应红外设备的校准结果更加稳定、准确、快速。

Description

一种黑体温度控制方法
技术领域
本发明属于控制方法技术领域，涉及到一种黑体温度控制方法。
背景技术
在红外测温系统中，首要工作需要是对其进行校准，黑体即提供标准温度，供红外测温系统校准使用，黑体温度的准确度、稳定度等在校准过程中起到关键作用。
在单制热温度控制系统中，升温过程采用制热部件加热，而降温过程采用自然冷却方式，当采用常规PID方式对黑体温度进行控制时，升温与降温过程呈现显著的非对称性，不甚理想。为了以较理想的温度控制过程曲线以较快的速度、较高的准确度和较高的稳定度达到目标温度值，减少超调量，缩短整个系统的预热时间，则需要一个良好的黑体温度控制方法。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺陷，设计了一种黑体温度控制方法，可以减少超调，得到较为良好的温度控制过程曲线，同时保证稳定度和准确度满足使用要求。
本发明所采取的具体技术方案是：一种黑体温度控制方法，关键在于，所述方法包括以下步骤：
A、系统上电，进行初始化配置，设定温差区间和温度区间的个数，设置每个温差区间、温度区间的分界点温度值，设置黑体的目标温度T0；
B、黑体温度采集模块采集黑体的当前温度T02，环境温度采集模块采集黑体外部的环境温度T01，主控模块根据目标温度T0和环境温度T01来判断二者的温度差值所处的温差区间；主控模块根据目标温度T0和环境温度T01的温度差值ΔT1所处的温差区间设置流体搅拌器控制模式；
C、以步骤B的温差区间为基础，主控模块根据不同的温差区间，直接设置制热部件控制模式或进一步根据目标温度T0和当前温度T02来判断二者的温度差值所处的温度区间，根据温度区间设置制热部件控制模式。
所述温差区间的数量为四个且分别是：温度值大于c℃的温差区间1、温度值为(c～b)℃的温差区间2、温度值为(b～a)℃的温差区间3和温度值小于a℃的温差区间4，其中a<b<c，步骤C中，
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间1时，控制模式为流体搅拌器全速运行，由加热器进行温度控制；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间2时，控制模式为流体搅拌器降速运行，由加热器进行温度控制；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间3时，控制模式为流体搅拌器PID策略运行且加热器停止运行；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间4时，控制模式为流体搅拌器停止运行且加热器停止运行。
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间1或温差区间2时，进一步根据目标温度T0和当前温度T02的温度差值ΔT2所处的温度区间设置制热部件控制模式。
所述温度区间的数量为四个且分别是：温度值大于k℃的温度区间1、温度值为(k～j)℃的温度区间2、温度值为(j～i)℃的温度区间3和温度值小于i℃的温度区间4，其中i<j<k，步骤C中，
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间1时，加热器全功率运行，使黑体内部升温；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间2时，判断是不是首次启动，如果是则采用压制性升温PID策略；如果不是首次启动，则采用常规控制方式1的PID策略；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间3时，采用常规控制方式2的PID策略；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间4时，判断是不是首次启动，如果是则采用温度迅速回落PID策略；如果不是首次启动，则采用与温度区间3相同的常规控制方式2的PID策略。
在压制性升温PID策略中，温度升高速度随着当前温度值接近目标温度而趋于放缓。
在温度迅速回落PID策略中，迅速调低至关闭加热器。
在常规控制方式1的PID策略中，采用适应升温过程的PID参量1。
在常规控制方式2的PID策略中，采用适应降温过程的PID参量2。
所述升温过程是指由加热器加热的升温过程。
所述降温过程是指自然降温过程。
本发明的工作原理及有益效果是：设定好间隔时间，利用黑体内部温度采集模块可以对黑体内部温度进行周期性采集，利用环境温度采集模块可以对黑体外部的环境温度进行周期性采集，以参量的合理化来适应黑体升温过程与降温过程的差异，即非对称性，使黑体温度控制过程的动态性能和稳态性能均达到良好水平，可以提高黑体温度控制的速度、准确度和稳定度，减少超调量，缩短整个系统的预热时间，相应红外设备的校准结果更加稳定、准确、快速。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明中温差区间和温度区间的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明：
具体实施例，如图1所示，一种黑体温度控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、系统上电，进行初始化配置，设定温差区间和温度区间的个数，设置每个温差区间、温度区间的分界点温度值，设置黑体的目标温度T0；
B、黑体温度采集模块采集黑体的当前温度T02，环境温度采集模块采集黑体外部的环境温度T01，主控模块根据目标温度T0和环境温度T01来判断二者的温度差值所处的温差区间；主控模块根据目标温度T0和环境温度T01的温度差值ΔT1所处的温差区间设置流体搅拌器控制模式；
C、以步骤B的温差区间为基础，主控模块根据不同的温差区间，直接设置制热部件控制模式或进一步根据目标温度T0和当前温度T02来判断二者的温度差值所处的温度区间，根据温度区间设置制热部件控制模式。
如图2所示，温差区间的数量为四个且分别是：温度值大于c℃的温差区间1、温度值为(c～b)℃的温差区间2、温度值为(b～a)℃的温差区间3和温度值小于a℃的温差区间4，其中a<b<c，例如，T0减去T01的值ΔT1等于10℃属于温差区间1，T0减去T01的值ΔT1等于5℃属于温差区间2，T0减去T01的值ΔT1等于1℃属于温差区间3，T0减去T01的值ΔT1小于0℃属于温差区间4，
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间1时，控制模式为流体搅拌器(即对流风扇)全速运行，由加热器(即电热片)进行温度控制；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间2时，控制模式为流体搅拌器(即对流风扇)降速运行，由加热器(即电热片)进行温度控制；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间3时，控制模式为流体搅拌器(即对流风扇)PID策略运行且加热器(即电热片)停止运行；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间4时，控制模式为流体搅拌器(即对流风扇)停止运行且加热器(即电热片)停止运行。
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间1或温差区间2时，进一步根据目标温度T0和当前温度T02的温度差值ΔT2所处的温度区间设置制热部件控制模式。
如图2所示，温度区间的数量为四个且分别是：温度值大于k℃的温度区间1、温度值为(k～j)℃的温度区间2、温度值为(j～i)℃的温度区间3和温度值小于i℃的温度区间4，其中i<j<k，例如，T0减去T02的值ΔT2大于等于5℃属于温度区间1，T0减去T02的值ΔT2大于0小于5℃属于温度区间2，T0减去T02的值ΔT2小于0且大于等于-0.1℃属于温度区间3，T0减去T02的值ΔT2小于-0.1℃属于温度区间4，
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间1时，加热器(即电热片)全功率运行，使黑体内部升温；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间2时，判断是不是首次启动，如果是则采用压制性升温PID策略；如果不是首次启动，则采用常规控制方式1的PID策略；在压制性升温PID策略中，温度升高速度随着当前温度值接近目标温度而趋于放缓；在常规控制方式1的PID策略中，采用适应升温过程的PID参量1；升温过程是指由加热器加热的升温过程；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间3时，采用常规控制方式2的PID策略；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间4时，判断是不是首次启动，如果是则采用温度迅速回落PID策略；如果不是首次启动，则采用与温度区间3相同的常规控制方式2的PID策略；在温度迅速回落PID策略中，迅速调低至关闭加热器(即电热片)；在常规控制方式2的PID策略中，采用适应降温过程的PID参量2；降温过程是指自然降温过程，“PID策略”指的是特定的PID参量组合，与具体黑体的物理特性相关。
如果如上所述自然降温过程变更为靠制冷器控制的降温过程，则上述整个温度控制流程中的PID策略可变更为升温过程与降温过程对称性较强的常规PID策略。
设定好间隔时间，重复进行步骤B、C，即可利用黑体内部温度采集模块对黑体内部温度进行周期性采集，利用环境温度采集模块对黑体外部的环境温度进行周期性采集，以参量的合理化来适应黑体升温过程与降温过程的差异，即非对称性，使黑体温度控制过程的动态性能和稳态性能均达到良好水平，可以提高黑体温度控制的速度、准确度和稳定度，减少超调量，缩短整个系统的预热时间，相应红外设备的校准结果更加稳定、准确、快速。

Claims (9)

1.一种黑体温度控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、系统上电，进行初始化配置，设定温差区间和温度区间的个数，设置每个温差区间、温度区间的分界点温度值，设置黑体的目标温度T0；
B、黑体温度采集模块采集黑体的当前温度T02，环境温度采集模块采集黑体外部的环境温度T01，主控模块根据目标温度T0和环境温度T01来判断二者的温度差值所处的温差区间；主控模块根据目标温度T0和环境温度T01的温度差值ΔT1所处的温差区间设置流体搅拌器控制模式；
C、以步骤B的温差区间为基础，主控模块根据不同的温差区间，直接设置制热部件控制模式或进一步根据目标温度T0和当前温度T02来判断二者的温度差值所处的温度区间，根据温度区间设置制热部件控制模式。
2.根据权利要求1所述的一种黑体温度控制方法，其特征在于，所述温差区间的数量为四个且分别是：温度值大于c℃的温差区间1、温度值为(c～b)℃的温差区间2、温度值为(b～a)℃的温差区间3和温度值小于a℃的温差区间4，其中a<b<c，步骤C中，
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间1时，控制模式为流体搅拌器全速运行，由加热器进行温度控制；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间2时，控制模式为流体搅拌器降速运行，由加热器进行温度控制；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间3时，控制模式为流体搅拌器PID策略运行且加热器停止运行；
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间4时，控制模式为流体搅拌器停止运行且加热器停止运行。
当T0减去T01的值ΔT1属于温差区间1或温差区间2时，进一步根据目标温度T0和当前温度T02的温度差值ΔT2所处的温度区间设置制热部件控制模式。
3.根据权利要求1所述的一种黑体温度控制方法，其特征在于，所述温度区间的数量为四个且分别是：温度值大于k℃的温度区间1、温度值为(k～j)℃的温度区间2、温度值为(j～i)℃的温度区间3和温度值小于i℃的温度区间4，其中i<j<k，步骤C中，
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间1时，加热器全功率运行，使黑体内部升温；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间2时，判断是不是首次启动，如果是则采用压制性升温PID策略；如果不是首次启动，则采用常规控制方式1的PID策略；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间3时，采用常规控制方式2的PID策略；
当T0减去T02的值ΔT2属于温度区间4时，判断是不是首次启动，如果是则采用温度迅速回落PID策略；如果不是首次启动，则采用与温度区间3相同的常规控制方式2的PID策略。
4.根据权利要求3所述的一种黑体温度控制方法，其特征在于，在常规控制方式1的PID策略中，采用适应升温过程的PID参量1。
5.根据权利要求3所述的一种黑体温度控制方法，其特征在于，在常规控制方式2的PID策略中，采用适应降温过程的PID参量2。
6.根据权利要求3所述的一种黑体温度控制方法，其特征在于，在压制性升温PID策略中，采用适应初始升温过程的PID参量3，温度升高速度随着当前温度值接近目标温度而趋于放缓。
7.根据权利要求3所述的一种黑体温度控制方法，其特征在于，在温度迅速回落PID策略中，采用适应初始降温过程的PID参量4，迅速调低至关闭加热器。
8.根据权利要求3所述的一种黑体温度控制方法，其特征在于，所述升温过程是指由加热器加热的升温过程。
9.根据权利要求3所述的一种黑体温度控制方法，其特征在于，所述降温过程是指自然降温过程。
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