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pid溫控器產品介紹

pid溫控器，又名智能數字溫度控制器，采用最新的平面輕觸操作和微機智能控制技術。本著簡單易用，穩定可靠的原則，該系列儀表具有極大的市場適應性，產品按國際標準制造并有多種安裝尺寸。pid溫控器本系列智能數字溫度控制器是高性價比的經濟型儀表，可用來替代常規數字溫度控制器，該系列儀表具有多種功能，控制及報警、變送等組合的控制儀表，同時具有PID控制功能。 
特點 　　

        1、高亮度綠、紅雙排數碼管顯示： PV值和SV值
　　2、傳感信號指定輸入
　　3、傳感器自動修正
　　4、二級參數鎖保護功能
　　5、儀表精度：
　　（1）±1%FS±1個字
　　（2）±0.5%FS±1個字
　　6、報警范圍：全量程自由設定
　　7、工作電源：
　　（1）開關電源：85～264VAC 50/60Hz
　　（2）變壓器供電：AC220V±10% 50/60Hz 

在上述溫控實例中, 器件工作時產生的熱量將使器件本身工作溫度升高, 最后達到很高的基本穩定的溫度。較高的溫度將嚴重影響器件的各種性能參數, 也很可能導致器件不能正常工作, 甚至損壞。溫度控制的目的就是將器件的工作溫度以一定的精度穩定在一個較低的水平上, 這樣一來就要求根據器件工作時的實際情況(如產熱量大小等) 采取一定的措施,隨時將產生的熱量即時散掉, 并且要求器件在單位時間里產生的熱量等于控制器在單位時間里吸收的熱量, 若兩者達到動態平衡, 則可以保持器件工作溫度的穩定[1]。
     在一定的控制系統中, 首先將需要控制的被測參數(如溫度) 由傳感器轉換成一定的信號后再與預先設定的值進行比較, 把比較得到的差值信號經過一定規律的計算后得到相應的控制值, 將控制量送給控制系統進行相應的控制, 不停地進行上述工作, 從而達到自動調節的目的。當控制對象的精確數學模型難以建立時, 比較成熟且廣泛使用的控制方法是采用按差值信號的比例、積分和微分進行計算控制量的方法, 即PID 法, 其控制規律的數學模型為:
 
其中: K P 為比例系數; e 為差值信號, e= T - Tset (T : 溫度測量值, Tset: 溫度設定值) ; Ti 為積分常數; Td 為微分常數; V0、V0-1為當時及前一時刻的控制量。
      實現PID 控制原理的具體方法因系統的不同而不同[2]。在我們的系統中, 采用了增量式計算方法, 而控制量的輸出則采用了位置式的輸出形式。在數值控制系統中, 其控制規律的數學模型演化為:
 
其中: T 為采集周期; ei、ei-1、ei-2為此時刻、前一時刻、再前一時刻的差值信號。
    這種方法的好處在于只需保持前三個時刻的差值信號, 同時輸出控制量的初始設定值不必準確, 就能較快地進入穩定控制過程。

pid溫控器電路工作原理
圖1 表示了本控制器的電原理圖。
 
圖1　控制器原理圖
     程序啟動后, 首先進行PID 參數初始化, 最主要的是對Kp、Ti、Td、T 的初始化, 然后進入控制循環體。首先是采集溫度值, 按上述的PID 控制規律及壓控電流源的控制特性計算熱電偶冷卻器的工作電流I0 的大小及極性, 然后輸出到D/A 轉換器, 由其產生VCCS 的輸入控制電壓V0。程序延遲0.3～0.5s 后, 重復上述過程, 不斷根據最新測到的溫度計算最近的控制量。這樣多次重復后,就可以達到穩定控制溫度的目的。圖2 給出了程序流程框圖。
 

pid溫控器參數的選擇
      如前所述, PID 的主要參數是KP、Ti 及Td。其選擇方法是: 首先根據控制系統的特性確定K p 的極性。在本文中, 其極性應為負, 而不是文獻[2]中所要求的正極性; 并且實驗發現, 本系統雖然屬于具有延遲效應的溫度控制系統, 但Kp 不能選擇過大, 否則將不穩定。其次, Ti 及Td 的選擇相對而言就不是很嚴格了, 可根據設計者的要求(如希望積分作用明顯還是微分作用明顯) 而定。關于采樣周期則可以根據系統響應的延遲時間而定, 一般可選擇比系統響應稍快些即可, 選擇過小的采樣周期反而不好。本文選擇的是與系統響應時間相當的采樣周期, 約0.3～ 0.5s。PID 參數的選擇不是唯一的, 但一定要選擇好關鍵參數。在本文中則應仔細選擇Kp ,然后再選擇其它參數。只要一組PID 參數能夠較好地用于控制系統, 并且控制效果也是較好的, 則說明這樣一組參數是合適的。
      本文中的PID 參數選擇如下: Kp =- 1.0, Ti= 2, Td= 1.5, T = 0.3, 這樣的一組PID 參數可以達到良好的控制效果。

實驗結果
       為了驗證控制器的工作情況, 我們設計了一種模擬實驗條件, 電路如圖3 所示。通過改變R2 的阻值, 便可相應地改變穩壓器LM 317 消耗的功率, 也即其自身的溫度會相應地改變。在環境溫度為24℃時, 當不進行控制時其溫度可以達到約70℃; 后采用本控制器對其進行溫度控制, 測得的結果如圖4(a)、(b) 所示(圖中橫坐標為采樣時間序列,每點對應約0.4 秒) , 可見精度達到了±0.05℃, 控制效果是很好的。
 
 

結束語
       PID 控制原理的優點在于能夠在控制過程中根據預先設定好的控制規律不停地自動調節控制量以使被控系統朝著設定的平衡狀態過度, 最后達到控制范圍精度內的穩定的動態平衡狀態。
       要使用好PID 控制原理, 關鍵在于根據實際情況確定PID 的各種參數, 這項工作可能是費時的, 但做好了, 將會提高控制器的使用效果, 達到較高的控制精度, 是值得的。

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