CN116560430A - 湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，主要包括如下步骤：S1：计算温差ΔT；S2：判断当前温控阶段，根据温差ΔT判断当前的温控阶段，当温差ΔT大于设定值，当前为快速变温阶段，当温差小于等于设定值时，当前为平缓变温阶段；S3：计算变温速率x，采用PID控制算法计算快速变温阶段最后一分钟的变温速率x；S4：选取输出比例宫格中的对应参数，计算输出比例P，根据计算结果从输出比例宫格中调取对应的参数；S5：执行加热、制冷输出。本发明根据实时温度T1与目标温度T0的温差ΔT采用不同的温控阶段，温度控制精度高，防止了出现温度过冲、超调的现象，节约了由于超调而反复调整所需的时间，提高了试验效率。
Description
技术领域
本发明涉及湿热试验箱的温度控制领域，尤其是一种湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法。
背景技术
高低温湿热试验箱是模拟大气气候环境的试验装置，广泛应用于航空航天产品、电子仪器仪表、材料、电工电子产品、各种电子元器件等领域，用于模拟检验产品的各项性能指标。
高低温湿热试验箱在进行试验时，为了仅可能地缩短时间、提高试验效率，在保证试验精度的情况下，希望试验箱在变温过程中，其温变速率越快越好，这样温度可以在越短的时间内到达目标温度。目前，快变温湿热试验箱在变温时通常采用5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、甚至30℃/min的温变速率进行变温。由于试验箱的温度过冲要求不能超过2℃/min，如果按上述速率进行变温，在接近目标温度时，不可能避免会出现超出目标温度的超调现象，尤其对于采用10℃/min及以上温变速率进行变温时，会出现较大的超调量，因此，在接近目标温度时，需要反复多次调整才能使试验箱达到目标温度，这样的方式温度控制精度低，而且温度在调整过程中也需要花费较长时间，降低了试验的效率。
发明内容
本申请人针对上述现有湿热试验箱在温变过程中存在的缺点，提供一种结构合理的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，温度控制精度高，提高试验效率。
本发明所采用的技术方案如下：
一种湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，主要包括如下步骤：
S1：计算温差ΔT，将试验箱内部的实时温度T1与目标温度T0进行比对，计算出温差ΔT=T0-T1；
S2：判断当前温控阶段，根据温差ΔT判断当前的温控阶段，当温差ΔT大于设定值，当前为快速变温阶段，当温差小于等于设定值时，当前为平缓变温阶段；
S3：计算变温速率x，采用PID控制算法计算快速变温阶段最后一分钟的变温速率x；
S4：选取输出比例宫格中的对应参数，根据 计算输出比例P，根据计算结果从输出比例宫格中调取对应的参数；
S5：执行加热、制冷输出；
在步骤S2中，如果判断为快速变温阶段，则直接执行步骤S5，按原有的变温速率x要求执行加热、制冷输出；
在步骤S2中，如果判断为平缓变温阶段，则依次执行步骤S3、S4、S5；
步骤S4中，升程L为平缓变温阶段的升程，升程L等于平缓变温阶段的判断设定值；从输出比例宫格中调用的参数被强制执行，将变温速率x强行降低至与平缓变温阶段的升程相匹配的数值。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S4中，变温速率x越大，输出比例P越小，在平缓变温阶段，变温速率x降低的幅度则越大。
在步骤S4中，所述升程L为2℃；从输出比例宫格中调用的参数被强制执行后，变温速率x被强行降低至2℃/min。
在步骤S4中，所述输出比例宫格以2℃/min的递增量，将0～30℃/min递增的变温速率x分为了15个格子。
在步骤S2中，所述判断温控阶段的温差ΔT的设定值为2℃。
在步骤S5中，在试验箱的实时温度T1到达目标温度T0后，由PID控制试验箱的温度在目标温度T0内保持设定的时长，实现高低温的测试。
试验箱在快速变温阶段，采用全功率变温方式或线性变温方式变温。
采用全功率变温方式时，制冷/加热系统保持全功率状态工作，每个时间点的变温速率x不同。
采用线性变温方式时，每个时间点按照相同的变温速率x变温，制冷/加热系统根据情况调整输出功率。
在步骤S4中，当快速变温阶段为全功率变温时，需要先计算出快速变温阶段最后一分钟的变温速率x后，再从输出比例宫格中调取参数；快速变温阶段为线性变温时，根据线性变温速率x直接从输出比例宫格中调取参数。
本发明的有益效果如下：
本发明根据实时温度T1与目标温度T0的温差ΔT采用不同的温控阶段，在温差ΔT>2℃时，采用快速变温阶段，在该阶段按全功率变温方式或线性变温方式进行快速变温；在温差ΔT≤2℃后，则切换成平缓变温阶段，在该阶段，通过调用输出比例宫格中的对应参数，将变温速率x强行降低至与该阶段升程相匹配的数值，在降低后的变温速率x下一步到位变温到位，变温后的实时温度T1与目标温度T0相等，温度控制精度高，防止了出现温度过冲、超调的现象；而且温度在平缓变温阶段基本一步变温到位，节约了由于超调而反复调整所需的时间，提高了试验效率。
附图说明
图1为本发明的控制流程图。
图2为全功率温变与线性温变的曲线图。
图3为输出比例宫格示意图。
图4为线性变温曲线图的实施例。
图5为线性变温的最低目标温度附近的变温曲线的实施例。
图6为线性变温的最高目标温度附近的变温曲线的实施例。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，主要包括如下步骤：
S1：计算温差ΔT；
S2：判断当前温控阶段；
S3：计算变温速率x；
S4：选取输出比例宫格中的对应参数；
S5：执行加热、制冷输出。
以下为各步骤的具体描述：
步骤S1：湿热试验箱的出风口设置有温度传感器，温度传感器采集试验箱内部的实时温度T1，并将实时温度传输至PLC（可编程逻辑控制器），PLC将实时温度T1与目标温度T0进行比对，并计算出温差ΔT=T0-T1。
步骤S2：根据步骤S1计算出的温差ΔT判断当前的温控阶段。
本实施例中，以温差值2℃作为标准，判断当前所处的温控阶段，当温差ΔT>2℃时，当前为快速变温阶段，当温差ΔT≤2℃时，当前为平缓变温阶段。
当温差ΔT>2℃时，说明试验箱的实时温度T1离目标温度T0还有较大差距，试验箱处于快速变温阶段，可以继续执行原有的变温速率x。如图2所示，试验箱在快速变温阶段，按照设定要求，可以采用全功率变温（降温、升温）方式变温，也可以采用线性变温（降温、升温）方式变温。采用全功率变温方式时，制冷/加热系统保持全功率状态工作，其变温过程是一条曲线，每个时间点的变温速率x是对应点处的斜率，而曲线各点的斜率不同，即在快速变温阶段，全功率变温时，每个时间点的变温速率x是不同的。采用线性变温方式时，在快速变温阶段，每个时间点均按照相同的变温速率x变温，如5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、30℃/min，制冷/加热系统根据情况调整输出功率，以使变温速率x保持在设定值进行变温。
在步骤S2中判断为快速变温阶段时，则直接执行步骤S5，按原有的变温速率x要求执行加热、制冷输出，按全功率变温方式或线性变温方式进行快速变温。
当温差ΔT≤2℃时，则说明试验箱的实时温度T1接近目标温度T0了，试验箱则切换为平缓变温阶段。
在步骤S2中判断为平缓变温阶段时，则依次执行步骤S3、S4、S5。
步骤S3：在该步骤中，采用PID（比例、积分、微分）控制算法计算出前一分钟（即快速变温阶段最后一分钟）的变温速率x。PID控制算法是根据测量值（实时温度T1）与给定值（目标温度T0）的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构，促使测量值趋近给定值，达到自动控制的效果。
步骤S4：按照如下公式计算输出比例：
其中，升程L为平缓变温阶段的升程，升程L等于平缓变温阶段的判断设定值。本实施例中，由于是在温差ΔT≤2℃内采用PID控制算法，因此这里的升程L为2℃，即计算的公式为：
根据计算出的结果P，从输出比例宫格中调取对应的参数。快速变温阶段为全功率变温时，需要实时计算出快速变温阶段最后一分钟的变温速率x后，再从输出比例宫格中调取参数；快速变温阶段为线性变温时，则可以根据线性变温速率x直接从输出比例宫格中调取参数。
如图3所示，本实施例中，输出比例宫格以2℃/min的递增量，将0～30℃/min递增的变温速率x分为了15个格子，每个格子的变温速率x对应不同的输出比例P：0～2℃/min对应P1为100%，2～4℃/min对应P2为50%，4～6℃/min对应P3为33%，6～8℃/min对应P4为25%，8～10℃/min对应P5为20%，10～12℃/min对应P6为16.5%，12～14℃/min对应P7为14%，14～16℃/min对应P8为12.5%，16～18℃/min对应P9为11%，18～20℃/min对应P10为10%，20～22℃/min对应P11为9%，22～24℃/min对应P12为8%，24～26℃/min对应P13为7.7%，26～28℃/min对应P14为7%，28～30℃/min对应P15为6.7%。
从输出宫格中的变温速率x与输出比例P的对应关系，可以看出，变温速率x越大，输出比例P越小，即在快速变温阶段的变温速率x越大，在平缓变温阶段，变温速率x降低的幅度则越大；以线性变温为例，如果其在快速变温阶段的变温速率x为10℃/min、20℃/min、30℃/min，则在平缓变温阶段其变温速率x均会降低为2℃/min，以降低后的变温速率x（2℃/min）变温一分钟的升程刚好等于平缓变温阶段的升程（2℃），变温后，实时温度T1与目标温度T0刚好相等，温度控制精度高，防止了出现温度过冲、超调的现象；而且温度在平缓变温阶段基本一步变温到位，节约了由于超调而反复调整所需的时间，提高了试验效率。
步骤S5：根据输出比例宫格中调取的输出比例P，强制系统按照该比例P执行要求执行加热、制冷输出。
在试验箱的实时温度T1到达目标温度T0后，由PID控制试验箱的温度在目标温度T0内保持设定的时长，以实现高低温的测试。
一个具体的使用实例：
采用本发明的湿热试验箱，对试验样品进行150℃～-40℃的高低温交替循环测试，在150℃高温保持一段时间，然后降温-40℃保持一段时间，再升温至150℃，依次循环，直至完成测试。
如图4至图6所示，显示了测试过程的变温曲线，图中，实线曲线为实际温度曲线，虚点线曲线为目标温度曲线。
图4显示了整个测试过程的变温曲线，从图中所示可知，试验箱在快速变温（降温或升温）过程采用的是线性变温方式，变温速率x为10℃/min。整个测试过程中，实际温度曲线与目标温度曲线贴合，试验箱在测试过程的变温满足目标温度的要求，温度控制精度高。
图5显示了在最低目标温度附近的变温曲线，从图中所示可知，温差ΔT>2℃时，试验箱以10℃/min的速率在降温，在ΔT≤2℃，降温曲线平缓地过渡至最低温度，在平缓过渡阶段，实际温度曲线相对于目标温度曲线的波动小于1℃，满足温度过冲不超过2℃/min的要求。
图6显示了在最高目标温度附近的变温曲线，从图中所示可知，温差ΔT>2℃时，试验箱以10℃/min的速率在升温，在ΔT≤2℃，升温曲线平缓地过渡至最高温度，在平缓过渡阶段，实际温度曲线相对于目标温度曲线的波动小于1℃，满足温度过冲不超过2℃/min的要求。
本发明根据实时温度T1与目标温度T0的温差ΔT采用不同的温控阶段，在温差ΔT>2℃时，采用快速变温阶段，在该阶段按全功率变温方式或线性变温方式进行快速变温；在温差ΔT≤2℃后，则切换成平缓变温阶段，在该阶段，通过调用输出比例宫格中的对应参数，将变温速率x强行降低至与该阶段升程相匹配的数值，在降低后的变温速率x下一步到位变温到位，变温后的实时温度T1与目标温度T0相等，温度控制精度高，防止了出现温度过冲、超调的现象；而且温度在平缓变温阶段基本一步变温到位，节约了由于超调而反复调整所需的时间，提高了试验效率。
以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：主要包括如下步骤：
S1：计算温差ΔT，将试验箱内部的实时温度T1与目标温度T0进行比对，计算出温差ΔT=T0-T1；
S2：判断当前温控阶段，根据温差ΔT判断当前的温控阶段，当温差ΔT大于设定值，当前为快速变温阶段，当温差小于等于设定值时，当前为平缓变温阶段；
S3：计算变温速率x，采用PID控制算法计算快速变温阶段最后一分钟的变温速率x；
S4：选取输出比例宫格中的对应参数，根据计算输出比例P，根据计算结果从输出比例宫格中调取对应的参数；
S5：执行加热、制冷输出；
在步骤S2中，如果判断为快速变温阶段，则直接执行步骤S5，按原有的变温速率x要求执行加热、制冷输出；
在步骤S2中，如果判断为平缓变温阶段，则依次执行步骤S3、S4、S5；
步骤S4中，升程L为平缓变温阶段的升程，升程L等于平缓变温阶段的判断设定值；从输出比例宫格中调用的参数被强制执行，将变温速率x强行降低至与平缓变温阶段的升程相匹配的数值。
2.按照权利要求1所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：在步骤S4中，变温速率x越大，输出比例P越小，在平缓变温阶段，变温速率x降低的幅度则越大。
3.按照权利要求1所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：在步骤S4中，所述升程L为2℃；从输出比例宫格中调用的参数被强制执行后，变温速率x被强行降低至2℃/min。
4.按照权利要求1所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：在步骤S4中，所述输出比例宫格以2℃/min的递增量，将0～30℃/min递增的变温速率x分为了15个格子。
5.按照权利要求1所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：在步骤S2中，所述判断温控阶段的温差ΔT的设定值为2℃。
6.按照权利要求1所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：在步骤S5中，在试验箱的实时温度T1到达目标温度T0后，由PID控制试验箱的温度在目标温度T0内保持设定的时长，实现高低温的测试。
7.按照权利要求1所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：试验箱在快速变温阶段，采用全功率变温方式或线性变温方式变温。
8.按照权利要求7所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：采用全功率变温方式时，制冷/加热系统保持全功率状态工作，每个时间点的变温速率x不同。
9.按照权利要求7所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：采用线性变温方式时，每个时间点按照相同的变温速率x变温，制冷/加热系统根据情况调整输出功率。
10.按照权利要求1所述的湿热试验箱防温度过冲的温度控制方法，其特征在于：在步骤S4中，当快速变温阶段为全功率变温时，需要先计算出快速变温阶段最后一分钟的变温速率x后，再从输出比例宫格中调取参数；快速变温阶段为线性变温时，根据线性变温速率x直接从输出比例宫格中调取参数。
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