高精度PID温度控制器

程序启动后, 首要进行PID 参数初始化, 最主要的是对Kp、Ti、Td、T 的初始化, 然后进入 *** 控循环体。首要是采集温度值, 按上述的PID *** 控规则及压控电流源的 *** 控特性核算热电偶冷却器的作业电流I0 的巨细及极性, 然后输出到D/A 转换器, 由其发生VCCS 的输入 *** 控电压V0。程序推迟0.3～0.5s 后, 重复上述进程, 不断依据最新测到的温度核算近来的 *** 控量。这么多次重复后,就能够到达安稳 *** 控温度的意图。图2 给出了程序流程框图。RKC温控器

二、导言

温度 *** 控已成为工业生产、科研活动中很重要的一个环节, 能否成功地将温度 *** 控在所需的规模内关系到整个活动的胜败。因为 *** 控目标的多样性和复杂性, 导致选用的温控手法的多样性。例如: 某种半导体激光器对作业温度的安稳性有较高的请求, 通常要将温度 *** 控在±0.1℃摆布, 才干确保器材输出的激光波长不发生超出请求的漂移, 不然,激光波长的超规模漂移将使研究作业难以展开。为到达这种温控请求, 笔者依据作业中的状况, 选用PID *** 控原理研制成适宜用于小功率半导体器材的温度 *** 控器。该 *** 控器能够到达很好的 *** 控作用, 若精心挑选PID 的各种参数, 温度 *** 控的精度能够到达±0.05℃, 完全能够确保器材的正常作业。

三、 温度 *** 控原理

在上述温控实例中, 器材作业时发生的热量将使器材本身作业温度增加, 最终到达很高的根本安稳的温度。较高的温度将严重影响器材的各种性能参数, 也很可能导致器材不能正常作业, 乃至损坏。温度 *** 控的意图即是将器材的作业温度以必定的精度安稳在一个较低的水平上, 这么一来就请求依据器材作业时的实际状况(如产热量巨细等) 采纳必定的办法,随时将发生的热量即时散掉, 而且请求器材在单位时刻里发生的热量等于 *** 控器在单位时刻里吸收的热量, 若两者到达动态平衡, 则能够坚持器材作业温度的安稳。RKC温度控制器

在必定的 *** 控体系中, 首要将需要 *** 控的被测参数(如温度) 由传感器转换成必定的信号后再与预先设定的值进行对比, 把对比得到的差值信号经过必定规则的核算后得到相应的 *** 控值, 将 *** 控量送给 *** 控体系进行相应的 *** 控, 不停地进行上述作业, 然后到达主动调理的意图。当 *** 控目标的精确数学模型难以建立时, 对比老练且广泛运用的 *** 控办法是选用按差值信号的份额、积分和微分进行核算 *** 控量的办法, 即PID 法, 其 *** 控规则的数学模型为:

其中: K P 为份额系数e 为差值信号, e= T - Tset (T : 温度测量值, Tset: 温度设定值) Ti 为积分常数Td 为微分常数V0、V0-1为当时及前一时刻的 *** 控量。

完成PID *** 控原理的具体办法因体系的不一样而不一样[2]。在咱们的体系中, 选用了增量式核算办法, 而 *** 控量的输出则选用了方位式的输出形式。在数值 *** 控体系中, 其 *** 控规则的数学模型演化为:

其中: T 为采集周期ei、ei-1、ei-2为此时刻、前一时刻、再前一时刻的差值信号。

这种办法的长处在于只需坚持前三个时刻的差值信号, 同时输出 *** 控量的初始设定值不用精确, 就能较快地进入安稳 *** 控进程。RKC智能温控器

四、试验成果

为了验证 *** 控器的作业状况, 咱们设计了一种模拟试验条件, 电路如图3 所示。通过改动R2 的阻值, 便可相应地改动稳压器LM 317 耗费的功率, 也即其本身的温度会相应地改动。在环境温度为24℃时, 当不进行 *** 控时其温度能够到达约70℃后选用本 *** 控器对其进行温度 *** 控, 测得的成果如图4(a)、(b) 所示(图中横坐标为采样时刻序列,每点对应约0.4 秒) , 可见精度到达了±0.05℃, *** 控作用是很好的。

五、 PID 参数的挑选

PID *** 控原理的长处在于能够在 *** 控进程中依据预先设定好的 *** 控规则不停地主动调理 *** 控量以使被控体系朝着设定的平衡状况过度, 最终到达 *** 控规模精度内的安稳的动态平衡状况。

要运用好PID *** 控原理, 要害在于依据实际状况断定PID 的各种参数, 这项作业可能是费时的, 但做好了, 将会进步 *** 控器的运用作用, 到达较高的 *** 控精度, 是值得的。RKC温控器

六、 结束语

如前所述, PID 的主要参数是KP、Ti 及Td。其挑选办法是: 首要依据 *** 控体系的特性断定K p 的极性。在本文中, 其极性应为负, 而不是文献[2]中所请求的正极性而且试验发现, 本体系尽管归于具有推迟效应的温度 *** 控体系, 但Kp 不能挑选过大, 不然将不安稳。其次, Ti 及Td 的挑选相对而言就不是很严厉了, 可依据设计者的请求(如期望积分作用明显仍是微分作用明显) 而定。对于采样周期则能够依据体系呼应的推迟时刻而定, 通常可挑选比体系呼应稍快些即可, 挑选过小的采样周期反而欠好。本文挑选的是与体系呼应时刻适当的采样周期, 约0.3～ 0.5s。PID 参数的挑选不是唯一的, 但必定要挑选好要害参数。在本文中则应细心挑选Kp ,然后再挑选其它参数。只需一组PID 参数能够较好地用于 *** 控体系, 而且 *** 控作用也是较好的, 则阐明这么一组参数是适宜的。

半导体制冷片原理：

由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极（-）出发，首先经过P型半导体，于此吸热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到另外一边造成温差而形成冷热端。

冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。在以往致冷器是运用在CPU的，是利用冷端面来冷却CPU，而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。制冷器也应用于做成车用冷/热保温箱，冷的方面可以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。

半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：

1、不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。

2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

5、半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。

6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。

7、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。