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上海博迅醫療生物儀器股份有限公司恒溫搖床中關于節能的溫度控制技術

[導讀]關于溫度的閉環反饋控制開環控制應用于控制量和被控制參數有一一對應關系的控制場合。例如數控、程控和搖床應用中的光照控制等。此控制方法不適合對溫度的控制。上海博迅醫療生物儀器股份有限公司恒溫搖床的加熱功率和測量溫度值之間沒有直接對應關系,

溫度測量元器件的選擇

溫度的測量可采用精密熱電阻 (常用PT100) 、百姓快3、半導體溫度傳感器或集成數字化傳感器等感溫元件。通過測量放大電路將溫度量轉換成電壓信號, 再經A/D轉換, 非線性修正得到溫度測量值。

關于溫度的閉環反饋控制開環控制應用于控制量和被控制參數有一一對應關系的控制場合。例如數控、程控和搖床應用中的光照控制等。此控制方法不適合對溫度的控制。恒溫搖床的加熱功率和測量溫度值之間沒有直接對應關系, 通常是通過測量溫度采集, 與設定溫度比較, 得到偏差值, 再經控制器 (俗稱調節器) 運算得到控制量 (輸出) , 再經過執行機構 (如加熱器、調壓器) 進行控制, 通過不斷重復這個過程, 使偏差逐漸趨于零, 整個重復過程就是閉環反饋的控制。

溫度的PID控制和參數整定

溫度控制器可以采用位式控制, 即測量溫度低于設定溫度接通加熱, 測量溫度高于設定溫度關斷加熱。位式控制的控制輸出只有0或者1兩種狀態, 執行機構可以比較簡單。由于控制對象都具有慣性和滯后現象, 故采用位式控制的效果是溫度始終處于上下波動狀態。比例控制的輸出是一個連續量 (可以定義為0-100%區間) , 從完全不加熱變化至全功率加熱。比例控制器即可以理解為偏差越大, 輸出控制量越大。這中間有一個可變系數, 即比例帶P (0-100%, 輸出滿幅度變化時輸入偏差的成比例范圍, 是放大倍數的倒數) , P越小相當于放大倍數越大, 控制越靈敏。但當偏差=0時, 控制輸出=0, 但實際輸出=0就無法實現控溫, 所以偏差不能為0, 理論上這是一種有誤差的控制。要實現無誤差控制通常要加入積分|。在積分控制中, 只要有偏差就會根據偏差極性確定輸出積累增加或積累減少, 直到消除偏差。所以只有加了積分才能最終消除誤差。

積分參數單位為秒, 1-300秒表示經過300秒, 輸出積累得到相當于比例作用的輸出量。顯然I越小積分輸出越快, 表明消除誤差的能力越大。D (微分) 作用是對輸入的變化率起作用, 對溫度的波動到超抑制作用。理論上當輸入階躍突變時輸出為無窮大, 但維持時間為零, 這樣控制擾動太大、對慣性對象控制作用也不明顯。實際控制中采用不完全微分算法, 微分增益為5-10, 微分時間是指微分衰減時間, 顯然D越大, 微分作用越強, D設為0表明不用微分。實踐表明, 采用PID閉環控制算法, 對PID這三種控制作用進行組合對大部分的控制系統都能得到較好的控制效果。

針對不同的控制對象進行參數選擇以達到系統調節的快速穩定稱為系統參數整定。當參數設置不當, 系統可能出現程定并產生較大誤差, 其表現為溫度一直處于波動狀態, 甚至出現發散現象。理想的控制對象是較大的時間常數、慣性較大、保溫性好。為了減少當設定值變化時引起的波動度, 可以采用測量值微分先行的PID控制算法。為了加快大偏差時實際測量值快速變化到設定值附近, 可考慮當偏差大于一定數值時采用位式控制 (可以滿功率加熱) , 當偏差減小到一定數值后再進入PID實現精準控制。


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