CN215416413U - 一种多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，属于温度控制技术领域，所述实验台由加热装置、温度检测装置、流量检测装置、温度控制与算法调节装置、外部温控干扰装置构成，加热装置包括加热丝和传热导体；温度检测装置包括热电偶和温度变送器；流量检测装置包括流量变送器；温度控制与算法调节装置以PLC为主控制器，外部温控干扰装置包括水冷管、固态继电器、调速散热风扇、直流调速水泵、水泵控制器、水冷水箱，满足了学生在多种外部干扰变量影响下的高阶温控算法参数优化调节的实验教学要求，并可相应的进行温控相关电气元件与温度控制与算法调节相关软硬件的学习。

Description

一种多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台

技术领域

本实用新型属于温度控制技术领域，特指一种多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台。

背景技术

在温度调节教学实验中，温控算法鲁棒性性能的测试与算法的优化调节是实验教学的目标之一，但是，大多数温度调节实验仅局限于单一外部干扰变量，对于多种外部干扰变量的温度调节实验并没有实现。

目前有关温控算法参数的优化调节实验仅限于仿真，没有将在Matlab中通过仿真优化调节好的算法导入到加热装置中去，即无法通过实际加热实验看到算法调节前后的实验效果。没有实际实验的教学会导致教学过程中输入、输出信息抽象，学生不能深入的对问题进行理解，最终影响教学效果。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多外部变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，用于解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型的目的是这样实现的：一种多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，包括支架，所述支架设置有中间层，所述的中间层顶部设置有加热器，所述的加热器连接有水冷管，所述的加热器旁安装有散热风扇，所述中间层侧面设置有第一导轨、第二导轨和第三导轨，所述的第二导轨安装有固态继电器模块，所述固态继电器模块分别与加热器和散热风扇连接，所述的所述第三导轨安装有水泵、泵控制器和水冷水箱，所述的水冷水箱通过水泵与水冷管相连接，所述的泵控制器与水泵连接，所述的旋转电位器与泵控制器连接，所述的第一导轨安装有触摸屏和主控制器，所述主控制器分别与触摸屏、固态继电器模块、散热风扇、泵控制器和旋转电位器相连接。

进一步地，所述固态继电器模块包括第一固态继电器和第二固态继电器，所述的第一固态继电器为DA20A固态继电器，所述第二固态继电器为DD10A固态继电器。

进一步地，所述的第一导轨、第二导轨和第三导轨分别位于中间层的不同侧面。

进一步地，所述的主控制器为PLC控制器。

进一步地，所述的水泵安装有流量检测器，流量检测器安装于第二导轨上。

进一步地，所述加热器连接有温度检测器，温度检测器安装于第一导轨上。

进一步地，所述的支架安装有接线排。

进一步地，所述水冷管、水泵、泵控制器和水冷水箱之间均通过导管连接。

本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：与现有温度控制与温控算法参数优化调节教学装置相比，本发明通过在加热器的应用环境中，增加散热风扇和水冷管等结构，可为温控算法参数优化调节实验提供多种外部变量干扰条件，解决了传统实验设备外部干扰变量单一的问题，满足了在多种外部干扰变量影响下，高阶温控算法参数优化调节的实验教学要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的后侧结构示意图。

图中：1、支架；2、中间层；3、加热器；4、水冷管；5、散热风扇；6、第一导轨；7、温度检测器；8、触摸屏；9、主控制器；10、第二导轨；11、空气开关；12、第一固态继电器；13、第二固态继电器；14、第三导轨；15、水泵；16、旋转电位器；17、泵控制器；18、水冷水箱；19、流量检测器；20、接线排；21、导管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型中的技术方案，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供一种多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，包括支架1，所述支架1设置有中间层2，所述的中间层2由型材搭建而成，所述型材选用为2020工业铝型材，所述的中间层2与支架1通过螺栓固定连接，所述的中间层2顶部设置有加热器3，加热器3为实验用的试验器件，所述的加热器3通过螺栓与中间层2连接，所述的加热器3连接有水冷管4，所述的加热器3顶部安装有散热风扇5，水冷管4和散热风扇5构成加热器3外部温控干扰装置，为加热器3提供干扰条件，所述的加热器3设置有与水冷管4相配合的水冷通道和与散热风扇5相配合的进风孔，所述中间层2侧面设置有第一导轨6、第二导轨10和第三导轨14，所述的第一导轨6、第二导轨10和第三导轨14分别位于中间层2的不同侧面，且第一导轨6、第二导轨10和第三导轨14均通过螺栓与支架1连接。

所述加热器3连接有温度检测器7，用于监测加热器3温度，温度检测器7安装于第一导轨6上；所述的第二导轨10安装有固态继电器模块，所述固态继电器模块分别与加热器3和散热风扇5连接，所述固态继电器模块包括第一固态继电器12和第二固态继电器13，所述的第一固态继电器12为DA20A固态继电器，第一固态继电器12与加热器3连接，所述第二固态继电器13为DD10A固态继电器，第二固态继电器13与散热风扇5连接；所述的加热其、温度检测器7和固态继电器模块可形成温控系统，对加热器3进行温度控制；

所述第三导轨14安装有水泵15、泵控制器17和水冷水箱18，所述的水冷水箱18通过水泵15与水冷管4相连接，所述的泵控制器17与水泵15连接，所述水冷管4、水泵15、泵控制器17和水冷水箱18之间均通过导管21连接，所述的水泵15安装有旋转电位器16；所述的水泵15安装有流量检测器19，用于监测水泵15导出的冷水流量，流量检测器19安装于第二导轨10上；所述的水冷管4、水泵15、水冷水箱18可形成水冷系统，对加热器3进行水冷；

所述的第一导轨6安装有触摸屏8和主控制器9，所述的主控制器9为PLC控制器，所述主控制器9分别与触摸屏8、固态继电器模块、空气开关11、温度检测器7、散热风扇5、泵控制器17、流量检测器19和旋转电位器16等电器元件相连接，主控制器9可通过以太网建立PC与PLC的通讯，根据对加热装置施加不同的外部干扰变量，在Matlab中建立对应的外部变量干扰下的加热装置数学模型，根据实际教学情况，在Matlab中编写不同的高阶温控算法并进行温度调节与算法参数优化仿真，基于SCL语言可实现PLC与Matlab建立数据传输，从而实现在Matlab中里编程好的高阶温控算法参数下载至PLC。最终在多外部变量干扰的环境下，可通过PLC对加热装置进行高阶温控算法调节的实验，经温控算法参数优化后的温度响应曲线可通过人机界面，即本实施例中的触摸屏8，进行实时温度显示。且主控制器9可根据实际教学要求来选择使用不同型号的PLC。

本实用新型中所述温度检测器7由热电偶和温度变送器组成，热电偶检测加热器3的当前温度，温度模拟量信号通过温度变送器转化为0-20V电压信号发送给主控制器9，通过对电压信号进行标准化与标定，从而实现当前被控温度的实时监测；所述流量检测器19主要由流量变送器构成，流量变送器检测当前流量值，流量模拟量信号通过流量变送器转化为4-20mA的电流信号发送给主控制器9，通过对电流信号进行标准化与标定，从而实现当前被控流量的实时监测。

进一步地，本实施例所述的支架1安装有接线排20和空气开关11，接线排20用于收纳各电器元件之间的连接线，空气开关11接入试验台的电路中，可确保整个试验台电路稳定运行。

在教学实验中，可将水冷流速和风扇转速视为外部温度干扰因素，根据实验教学要求，所述加热器3由加热丝和传热导体构成，由外部220V电压供电，以PLC为核心控制器，通过PWM控制第一固态继电器12来实现加热装置的通断；所述散热风扇5供电15V，以PLC为主控制器9，基于第二固态继电器13的PLC的PWM调速控制，可实现散热风扇5转速的变速调节；所述水泵15供电15V，以PLC为主控制器9，基于水泵15控制器的旋转电位器16调节，可实现水泵15的水冷流速和流量的调节，从而实现多外部变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验。

在进行实验时，将试验台各电气元件按照实验要求进行安装，根据教学要求，选择对应PLC控制器的型号，在PLC编程软件中建立PC电脑、PLC、触摸屏8之间的通讯和组态，以PLC为主控制器9，对加热器3进行加热控制、对散热风扇5的转速进行调节控制，对水泵15的水冷流速和流量进行调节，水冷流速和散热风扇5转速视为温控外部干扰变量，可直接影响加热温度的控制，通过上述控制，可实现阶温控算法参数优化调节实验的多外部变量干扰。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型说明中所使用的术语，只是为了描述具体得实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

Claims (8)

1.一种多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，包括支架(1)，其特征在于，所述支架(1)设置有中间层(2)，所述的中间层(2)顶部设置有加热器(3)，所述的加热器(3)连接有水冷管(4)，所述的加热器(3)旁安装有散热风扇(5)，所述中间层(2)侧面设置有第一导轨(6)、第二导轨(10)和第三导轨(14)，所述的第二导轨(10)安装有固态继电器模块，所述固态继电器模块分别与加热器(3)和散热风扇(5)连接，所述的所述第三导轨(14)安装有水泵(15)、泵控制器(17)和水冷水箱(18)，所述的水冷水箱(18)通过水泵(15)与水冷管(4)相连接，所述的泵控制器(17)与水泵(15)连接，旋转电位器(16)与泵控制器(17)连接，所述的第一导轨(6)安装有触摸屏(8)和主控制器(9)，所述主控制器(9)分别与触摸屏(8)、固态继电器模块、散热风扇(5)、泵控制器(17)和旋转电位器(16)相连接。

2.根据权利要求1所述的多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，其特征在于，所述固态继电器模块包括第一固态继电器(12)和第二固态继电器(13)，所述的第一固态继电器(12)为DA20A固态继电器，所述第二固态继电器(13)为DD10A固态继电器。

3.根据权利要求1所述的多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，其特征在于，所述的第一导轨(6)、第二导轨(10)和第三导轨(14)分别位于中间层(2)的不同侧面。

4.根据权利要求1所述的多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，其特征在于，所述的主控制器(9)为PLC控制器。

5.根据权利要求1所述的多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，其特征在于，所述的水泵(15)安装有流量检测器(19)，流量检测器(19)安装于第二导轨(10)上。

6.根据权利要求1所述的多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，其特征在于，所述加热器(3)连接有温度检测器(7)，温度检测器(7)安装于第一导轨(6)上。

7.根据权利要求1所述的多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，其特征在于，所述的支架(1)安装有接线排(20)。

8.根据权利要求1所述的多变量干扰下的高阶温控算法参数优化调节实验台，其特征在于，所述水冷管(4)、水泵(15)、泵控制器(17)和水冷水箱(18)之间均通过导管(21)连接。

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