專利名稱：保溫增溫箱適用的溫度自動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度測(cè)量和控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種保溫增溫箱適用的溫度自動(dòng)
控制器。
背景技術(shù)：
溫度控制是保溫增溫箱的重要控制環(huán)節(jié)。在現(xiàn)有保溫增溫箱的溫度自動(dòng)控制器 中，其過程控制方式是將被測(cè)量溫度由傳感器變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié) 器中，與給定值進(jìn)行比較，然后把比較出的差值進(jìn)行PID運(yùn)算。所謂PID運(yùn)算就是比例、積 分、微分運(yùn)算。P調(diào)節(jié)就是調(diào)節(jié)器的輸出和輸入成比例。調(diào)比例帶，也就是調(diào)比例系數(shù)，比 例帶就是輸出與輸入之比(放大倍數(shù))的倒數(shù)。I調(diào)節(jié)就是輸出是輸入量(即偏差)的積 分，只要有偏差，調(diào)節(jié)器就會(huì)不斷積分，使輸送到執(zhí)行器的信號(hào)變化，校正被控量，直到達(dá)到 無偏差為止，所以有了積分調(diào)節(jié)器就會(huì)消除穩(wěn)態(tài)偏差。所謂整定積分時(shí)間就是調(diào)積分的快 慢，這要取決于對(duì)象的特性。D調(diào)節(jié)就是微分調(diào)節(jié)，也就是輸出對(duì)輸入的微分。微分調(diào)節(jié) 的優(yōu)點(diǎn)在于它的超前性，當(dāng)輸入發(fā)生變化時(shí)，馬上就有微分信號(hào)產(chǎn)生，使被控量得以提前校 正，然后再由P、 I進(jìn)行校正，這樣可以使整個(gè)調(diào)節(jié)的過渡過程時(shí)間縮短，有利于調(diào)節(jié)質(zhì)量的 提高。但是，實(shí)際溫度控制過程常具有非線性、時(shí)變性和不確定性，且很多溫度控制過程是 多變量的，難于建立其精確的數(shù)學(xué)模型。即使一些對(duì)象能夠建立起數(shù)學(xué)模型，其結(jié)構(gòu)也往往 十分復(fù)雜。難于設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)有效控制。由于這種原因，溫度控制過程領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)代控制理 論設(shè)計(jì)的過程控制器的控制效果收效甚少，經(jīng)典PID控制器仍然占有重要地位，而自動(dòng)溫 度控制算法尚未真正用于實(shí)際，尤其在溫度控制這一領(lǐng)域，還沒有真正實(shí)用的應(yīng)用自動(dòng)控 制算法的溫度控制器。而普通的溫度控制器，在控制純滯后是時(shí)間常數(shù)一倍以上的對(duì)象時(shí)， 效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種真正應(yīng)用自動(dòng)控制算法的保溫增溫箱適用的溫度自動(dòng) 控制器，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種保溫增溫箱適用的溫度自動(dòng)控制器，包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制輸出模塊、顯示 電路模塊、越限報(bào)警模塊和鍵盤輸入模塊，其結(jié)構(gòu)在于溫度自動(dòng)控制器還包括單片機(jī)，采 集模塊、顯示電路模塊、越限報(bào)警模塊和鍵盤輸入模塊的信號(hào)輸出端都和單片機(jī)的信號(hào)輸 入端連接，單片機(jī)的信號(hào)輸出端和控制輸出模塊的信號(hào)輸入端連接。 所述的溫度自動(dòng)控制器，其特征在于單片機(jī)用于實(shí)現(xiàn)預(yù)整定控制算法和自動(dòng)控 制算法，自動(dòng)控制算法如下所述 新的對(duì)象的參數(shù)估計(jì)量=老的對(duì)象的參數(shù)估計(jì)量+修正向量X (新的測(cè)量值-新 測(cè)量值的一步預(yù)測(cè))。 本發(fā)明采用連續(xù)辨識(shí)對(duì)象數(shù)學(xué)模型，不斷修正控制參數(shù)的原理，使過程控制始終處于最佳控制狀態(tài)?？紤]到實(shí)際情況下對(duì)象數(shù)學(xué)模型變化時(shí)，往往純滯后時(shí)間變化不大的 事實(shí)，本發(fā)明在實(shí)施對(duì)象數(shù)學(xué)模型的辨識(shí)時(shí)，采用了預(yù)整定(start-tuning)辨識(shí)對(duì)象純滯 后時(shí)間；采用離散化被控對(duì)象參數(shù)，用最小二乘法遞推的辦法辨識(shí)對(duì)象其他參數(shù)的方法，大 大簡化了對(duì)象的辨識(shí)過程，同時(shí)也為集約化、小型化的溫度自動(dòng)控制器奠定了基礎(chǔ)，因此本 發(fā)明提供的溫度自動(dòng)控制器適合于在體積相對(duì)較小的保溫增溫箱上使用。


圖1為本發(fā)明原理示意圖； 圖2為本發(fā)明工作時(shí)的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 如圖1所示，保溫增溫箱適用的溫度自動(dòng)控制器包括數(shù)據(jù)采集模塊1、控制輸出模 塊2、顯示電路模塊3、越限報(bào)警模塊4、鍵盤輸入模塊5和單片機(jī)6，采集模塊1、顯示電路模 塊3、越限報(bào)警模塊4和鍵盤輸入模塊5的信號(hào)輸出端都和單片機(jī)6的信號(hào)輸入端連接，單 片機(jī)6的信號(hào)輸出端和控制輸出模塊2的信號(hào)輸入端連接。 工作時(shí)如圖2所示，溫度傳感器8的感應(yīng)探頭置于加熱對(duì)象9中，溫度傳感器8的 信號(hào)輸出端與溫度自動(dòng)控制器的數(shù)據(jù)采集模塊1的信號(hào)輸入端連接，控制輸出模塊2的加 熱裝置置于加熱對(duì)象9中。 單片機(jī)6用于實(shí)現(xiàn)預(yù)整定控制算法和自動(dòng)控制算法，自動(dòng)控制算法如下所述
新的對(duì)象的參數(shù)估計(jì)量=老的對(duì)象的參數(shù)估計(jì)量+修正向量X (新的測(cè)量值-新 測(cè)量值的一步預(yù)測(cè))。 實(shí)驗(yàn)證明在實(shí)時(shí)控制時(shí)，無論對(duì)象的數(shù)學(xué)模型如何變化(如電加熱控制中的電 源電壓變化，負(fù)載變化，散熱效果變化等)；無論控制器初始的控制參數(shù)(P、I、D)是多少，系 統(tǒng)都能在3 5倍的對(duì)象純滯后時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，而且系統(tǒng)超調(diào)很小。
實(shí)施例保溫增溫箱閉環(huán)試驗(yàn) 1.將輸入和輸出線、電源線接好，上電起動(dòng)；設(shè)定溫度為65度，經(jīng)過預(yù)整定環(huán)節(jié)， 得出比例帶參數(shù)P為20. 0度，積分時(shí)間I為300秒，微分時(shí)間D為100秒；控制器再運(yùn)行 自動(dòng)控制算法程序，大約10多分鐘就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，無過沖，比例帶P在15. 5度到25. 9 度之間變化，測(cè)量溫度穩(wěn)定后，比例帶P也穩(wěn)定在20. 2度。然后穩(wěn)定半個(gè)小時(shí)后，將設(shè)定溫 度升高到75度，控制器運(yùn)行自動(dòng)控制算法程序，大約20多分鐘就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，無過沖， 比例帶P在9. 1度到28. 4度之間變化，測(cè)量溫度穩(wěn)定后，比例帶P也穩(wěn)定在12. 8度。再將 設(shè)定溫度升高到85度，控制器運(yùn)行自動(dòng)控制算法程序，大約15多分鐘就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)， 無過沖，比例帶P在15度到25. 6度之間變化，測(cè)量溫度穩(wěn)定后，比例帶P也穩(wěn)定在15度。 測(cè)量值穩(wěn)定一段時(shí)間后，將保溫增溫箱開門一分鐘后關(guān)上，運(yùn)行自動(dòng)控制算法程序，大約30 分鐘測(cè)量值就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，無超調(diào)，比例帶在7. 5度到30度之間變化，最終穩(wěn)定在17. 4 度。測(cè)量溫度穩(wěn)定一段時(shí)間后，斷電，充分自然冷卻2。 2.繼步驟l，上電冷啟動(dòng)，設(shè)定溫度為85度，控制器運(yùn)行自動(dòng)控制算法程序，約40 多分鐘就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，過沖1.5度，比例帶P在12.4度到28.7度之間變化，測(cè)量溫度穩(wěn)定后，比例帶P也穩(wěn)定在18. 5度。測(cè)量值穩(wěn)定一段時(shí)間后，將保溫增溫箱開門一分鐘后關(guān) 上，運(yùn)行自動(dòng)控制算法程序，大約15分鐘測(cè)量值就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，無超調(diào)，比例帶在15. 8 度到35. 2度之間變化，最終穩(wěn)定在29. 6度。然后穩(wěn)定半個(gè)小時(shí)后，將設(shè)定溫度降低到70 度，控制器運(yùn)行自動(dòng)控制算法程序，大約90多分鐘就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)量溫度最低到67. 4 度，比例帶P在12. 8度到24. 0度之間變化，測(cè)量溫度穩(wěn)定后，比例帶P也穩(wěn)定在21. 4度。
試驗(yàn)表明，當(dāng)其負(fù)荷及環(huán)境條件變化很大時(shí)，本發(fā)明仍然能自動(dòng)改變比例帶，取得 滿意的控制效果。
權(quán)利要求
一種保溫增溫箱適用的溫度自動(dòng)控制器，包括數(shù)據(jù)采集模塊(1)、控制輸出模塊(2)、顯示電路模塊(3)、越限報(bào)警模塊(4)和鍵盤輸入模塊(5)，其特征在于還包括單片機(jī)(6)，采集模塊(1)、顯示電路模塊(3)、越限報(bào)警模塊(4)和鍵盤輸入模塊(5)的信號(hào)輸出端都和單片機(jī)(6)的信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)(6)的信號(hào)輸出端和控制輸出模塊(2)的信號(hào)輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保溫增溫箱適用的溫度自動(dòng)控制器，其特征在于單片機(jī)(6) 用于實(shí)現(xiàn)預(yù)整定控制算法和自適應(yīng)控制算法，自適應(yīng)控制算法如下所述新的對(duì)象的參數(shù)估計(jì)量=老的對(duì)象的參數(shù)估計(jì)量+修正向量X(新的測(cè)量值-新測(cè)量 值的一步預(yù)測(cè))。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種保溫增溫箱適用的溫度自動(dòng)控制器，它包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制輸出模塊、顯示電路模塊、越限報(bào)警模塊、鍵盤輸入模塊和單片機(jī)，采集模塊、顯示電路模塊、越限報(bào)警模塊和鍵盤輸入模塊的信號(hào)輸出端都和單片機(jī)的信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)的信號(hào)輸出端和控制輸出模塊的信號(hào)輸入端連接。本發(fā)明使過程控制始終處于最佳控制狀態(tài)，簡化了對(duì)象的辨識(shí)過程，同時(shí)也為集約化、小型化的溫度自動(dòng)控制器奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G05D23/19GK101751050SQ20081020405
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者劉石 申請(qǐng)人:上海康捷保塑料制品有限公司