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数字PID控制算法在温控系统中的应用

时间:2014-12-07  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

与位置式算法相比,在增量式算法中,计算误差对控制量影响小。这是因为位置式算法控制器输出的是全量,每次输出均与过去的所有状态有关。计算机的位数是有限的,当累加结果产生上溢出时,丢失一部分控制量;当采样周期短,误差很小时,计算机认为是零,不进一体电感行累加,这两种情况均会产生累加误差。而增量式算法在计算△uk时只用到最近的三次采样值,以前的状态不影响本次输出。
为简化计算机的运算,把式(5)改为下面的形式:

可以根据式(6)编写程序,由计算机实现。Kp,TD,TI,T由参数整定确定。对于简单系统,可以采用理论计算的方法确定这些参数,但是稍微复杂一些的系统,采用理论计算的方法就困难了。因此几乎都是用工程的方法对参数进行整定。调节器参数的整定是一项繁琐而又费时的工作,因此,近年来国内外在数字PID调节器参数的工程整定方面做了大量的研究工作,归一参数的整定法是一种简易的整定法。
根据大量实际经验的总结,人为设定约束条件,以减少独立变量的个数,例如取:

式中:Ts是纯比例控制式的临界振荡周期。
将式(插件电感7)代入式(6)中,可得数字PID控制器的差分方程为:

对比式(6)和式(8)可知,对4个参数的整定简化成了对一个参数Kp的整定,使问题明显地简化了。
采样周期T的取值,从数字PID控制器对连续PID控制器的模拟精度考虑,采样周期越小越好,但采样周期小,控制器占用计算机的时间就长,增加了系统的成本。因贴片电感此采样周期的选择应综合考虑各方面因素,选取最优值。
在恒温控制系统中,控制输出为定时器T2初值n(O≤n≤65 536),误差为温度设定值Tset与DSl8B20检电感器测值之差Tread。因为电阻丝的功率是有限的,初始温度低于温度设定值Tset较大时,可以不用数字PID控制。可以根据电阻丝的功率设定一个误差值emax,当e>emax时,一直加热,输出n=O;当e<0时,停止加热,输出为n=65 536。只有当O≤e≤emax时,才用数字PID控制。
为保证温度控制的实时性,根据文献,温度控制程序采用定时中断方式,定时长为采样周期T,且中断优先级设得比其他中断高,用增量式算法其程序流程图如图3所示。



4 恒温控制结果
根据温度控制精度和采样时间的要求,本设计对DSl8B20的温度转换结果选择12位,采样周期定为T=O.408 s。当加热元件功率选用100 W,温度设定值Tset=30℃时,用归一参数法整定数字PID控制器的参数,当参数Kp=150时,得到数字PID控制曲线如图4所示。



5 结语
在介绍利用AT89S52单片机实现PWM功能的电感厂家基础上,讨论了数字PID控制算法对绕行电感器恒温控制的应用。从控制结果来看,这种控制方法可以得到较理想的控制效果,温度波动均可控制在±O.125℃之内。该技术已应用于定时控温发酵器、保健垫等产品中,运行良好,获得了良好的社会效益和经济效益。现正在尝试用于无影照明系统的色温控制,实现更好的无影照明效果。

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