專利名稱：Pid溫度控制器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PID(即比例積分微分)溫度控制器及方法，尤其是在測(cè)量固體導(dǎo)熱效能的過程中，控制腔室溫度并使其恒定的控制器及方法。
背景技術(shù)：
在一些功能材料的研究與開發(fā)及至生產(chǎn)過程中，需要對(duì)材料的導(dǎo)熱效能，即導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。目前主要使用以下兩種測(cè)量方法一、鐳射閃爍法。該方法采用高能鐳射作為熱源，短時(shí)間內(nèi)迅速將一定熱量沉積在樣品一表面，并測(cè)量樣品另一表面的溫度變化，測(cè)得樣品的熱擴(kuò)散率，再通過公式計(jì)算出該樣品材料的導(dǎo)熱系數(shù)。該方法測(cè)量?jī)x器昂貴，成本較高，且由于材料的密度變化使得測(cè)量誤差較大。
二、溫度梯度法。該方法是將待測(cè)樣品置于一熱源與一低溫?zé)岢林g，恒定電流通過附著在樣品表面的發(fā)熱體，使發(fā)熱體釋放恒定的熱源，同時(shí)在與發(fā)熱體有一定距離的樣品表面上(或下表面)安放一溫度采集傳感器，接收樣品的實(shí)時(shí)溫度。根據(jù)其間形成的溫度梯度，用下述公式計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)λ的值λ=Q*δ(t1-t2)*S[W/m*K]]]>其中Q——被測(cè)材料內(nèi)部的兩個(gè)平行平面之間垂直方向上的熱流速率；δ——兩截面距離；(t1-t2)——兩截面的溫差；S——傳導(dǎo)表面積。
式中的函數(shù)比值即為在溫度(t1-t2)/2下的λ值。該方法較為簡(jiǎn)單，易操作。理想狀態(tài)下，熱源的所有熱量通過待測(cè)樣品傳遞至低溫?zé)岢?，但?shí)際上不可避免會(huì)有一部分熱量從其他方向散發(fā)，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。
上述方法對(duì)中等導(dǎo)熱系數(shù)材料如塑料、環(huán)氧樹脂、玻璃等導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量是行之有效的，然而對(duì)于多種材料復(fù)合或多種材料層積復(fù)合所構(gòu)成復(fù)雜的生物質(zhì)材料，因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜往往導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。并且目前也沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明不同材料復(fù)合后，λ值可以累加，使得λ值更加復(fù)雜并不確定。例如在復(fù)合地板的導(dǎo)熱規(guī)律實(shí)測(cè)中，這種方法無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測(cè)，最明顯的表現(xiàn)是實(shí)驗(yàn)沒有重復(fù)性。
可見，找出能夠準(zhǔn)確測(cè)量多種材料復(fù)合或多種材料層積復(fù)合復(fù)雜的生物質(zhì)材料導(dǎo)熱效能的方法是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，申請(qǐng)人提出一種適于測(cè)量復(fù)合固體材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，需在分成上下兩腔的密閉容器中進(jìn)行，并要求密閉腔室內(nèi)溫度恒定，本發(fā)明的目的是提供一種保持上述腔室恒溫的PID(即比例積分微分)溫度控制器及方法。采用如下技術(shù)方案一種PID溫度控制器，包括密閉腔室內(nèi)的溫度傳感器、放熱源，和腔室外的計(jì)算機(jī)板卡、計(jì)算機(jī)，其特征在于溫度傳感器與計(jì)算機(jī)板卡的模擬量信號(hào)輸入端相連，放熱源與計(jì)算機(jī)板卡的開關(guān)量端口相連，板卡與計(jì)算機(jī)相連，并由計(jì)算機(jī)采用模擬PID進(jìn)行控制，控制公式采用如下差分方程un＝un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2)其中K——比例系數(shù)；un——第n次采樣時(shí)的控制量；en——第n次采樣時(shí)的輸入量；a0，a1，a2——離散后的已知系數(shù)；或采用如下差分方程Δu＝un-un-1＝Kp(en-en-1)+KLKien+Kd(en-2en-1+en-2)其中Kp——比例系數(shù)；KLKi——積分系數(shù)；Kd——微分系數(shù)；un——第n次采樣時(shí)的控制量；en——第n次采樣時(shí)的輸入量。
該放熱源可包括加熱部件和制冷部件，分別通過繼電器連接于計(jì)算機(jī)板卡的開關(guān)量端口；放熱源還可包括加熱部件、制冷部件和空氣循環(huán)部件，分別通過繼電器連接于計(jì)算機(jī)板卡的開關(guān)量端口。其中，加熱部件可采用電熱管，空氣循環(huán)部件可采用風(fēng)扇。
一種PID溫度控制方法，采用密閉腔室內(nèi)的溫度傳感器、放熱源，和腔室外的計(jì)算機(jī)板卡、計(jì)算機(jī)，使用溫度傳感器采集密閉腔室內(nèi)的溫度信號(hào)，然后將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)板卡的模擬量輸入端口，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將輸入的溫度信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理及運(yùn)算處理，然后將運(yùn)算的結(jié)果作為控制信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)板卡發(fā)送給放熱源，使密閉腔室保持恒溫，運(yùn)算公式采用如下差分方程un＝un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2)其中K——比例系數(shù)；
un—第n次采樣時(shí)的控制量；en—第n次采樣時(shí)的輸入量；a0，a1，a2——離散后的已知系數(shù)。
溫控方法的具體流程為①設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)，將K，a0，a1，a2存入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元；②進(jìn)行變量初始化，un-1，en-1，en-2，在第一次計(jì)算時(shí)全為零；③讀入輸入給定r0和輸出反饋y0；④計(jì)算出en＝rn-yn；⑤將上述數(shù)據(jù)代入差分方程un＝un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2)，計(jì)算結(jié)果輸出給外設(shè)；⑥將un，en，en-1分別存入un-1，en-1，en-2的存儲(chǔ)單元；⑦等待下一采樣周期開始進(jìn)行下一次采樣。
還可采用如下差分方程設(shè)計(jì)為防超調(diào)快速自適應(yīng)整定PIDΔu＝un-un-1＝Kp(en-en-1)+KLKi+Kd(en-2en-1+en-2)其中Kp——比例系數(shù)；KLKi—積分系數(shù)；Kd—微分系數(shù)；un—第n次采樣時(shí)的控制量；en—第n次采樣時(shí)的輸入量。
防超調(diào)快速自適應(yīng)整定PID溫控方法的具體流程為①聲明變量K1，K2，K3，設(shè)定值R，輸出反饋Y；②對(duì)K1，K2，K3，設(shè)定值R，采樣周期TS進(jìn)行初始化，并設(shè)un-1＝0，en-1＝0，en-2＝0；③讀取給定輸入rn和輸出反饋yn；④計(jì)算出en＝rn-yn；⑤判斷|en|是否小于A；若小于，則KL＝1；若不小于，則KL＝0；⑥分步計(jì)算Kp(en-en-1)→AX；AX+Kd(en-2en-1+en-2)→AX；AX-un-1→AX；
⑦存儲(chǔ)變量un→un-1、en-1→en-2、en→en-1；⑧等待下一采樣周期開始進(jìn)行下一次采樣。
其中放熱源可包括加熱部件和制冷部件，分別通過繼電器連接于計(jì)算機(jī)板卡的開關(guān)量端口；制冷部件以一定制冷量工作；還可包括空氣循環(huán)部件，通過繼電器連接于計(jì)算機(jī)板卡的開關(guān)量端口，并以恒定速度工作。
運(yùn)算中進(jìn)行并行定點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，可將整數(shù)乘以2-N，統(tǒng)一化成小數(shù)來進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算后結(jié)果再乘以2N；也可將帶有小數(shù)的二進(jìn)制數(shù)乘2N，統(tǒng)一化成整數(shù)，運(yùn)算后結(jié)果再乘以2-N。
運(yùn)算中可采用補(bǔ)碼方式運(yùn)算，最高位用“0”和“1”分別表示正負(fù)，參與運(yùn)算的操作數(shù)先化成補(bǔ)碼形式，計(jì)算結(jié)果再變成原碼輸出。
運(yùn)算中可采用硬件乘法器或乘法運(yùn)算程序來實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算；乘法運(yùn)算程序可采用將符號(hào)位和數(shù)值部分分別運(yùn)算，或符號(hào)位直接參加運(yùn)算，或雙字節(jié)運(yùn)算的方式；乘法運(yùn)算程序還可作為子程序，供多次調(diào)用。
本發(fā)明提供的PID溫度控制器及方法采用了離散后適于計(jì)算機(jī)的差分方程，并對(duì)整數(shù)、小數(shù)，以及正負(fù)數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)一處理，還解決了乘法運(yùn)算的問題，使其在導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量過程中能夠快速有效地控制腔室溫度，并保持恒定。另外，還提供設(shè)計(jì)了防超調(diào)快速自適應(yīng)整定的PID設(shè)計(jì)，使腔室溫度控制更穩(wěn)定。


圖1為兩腔恒溫法導(dǎo)熱效能分析裝置示意圖；圖2為兩腔恒溫法導(dǎo)熱效能快速PID溫度控制電路框圖；圖3為模擬PID控制系統(tǒng)框圖；圖4為數(shù)字PID控制器的程序流程圖；圖5為防超調(diào)快速自適應(yīng)整定PID控制器的程序流程圖。
圖1中1、下腔傳感器；2、空氣循環(huán)部件；3、加熱部件；4、制冷部件；5、傳感器1；6、傳感器2；7、上腔；8、樣品測(cè)試平臺(tái)；9、上下腔絕緣層；10、保溫層；11、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；12、測(cè)試樣品；13、下腔。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，下腔13內(nèi)適當(dāng)?shù)牟课簧涎b有型號(hào)為pt100的下腔溫度傳感器1、空氣循環(huán)部件2、電熱管構(gòu)成的加熱部件3、制冷部件4。其中傳感器1與計(jì)算機(jī)板卡的模擬量信號(hào)輸入端a相連，空氣循環(huán)部件2通過一繼電器RJ1與板卡一個(gè)開關(guān)量端口b相連，電熱管與一個(gè)固態(tài)繼電器相的輸出端相連，固態(tài)繼電器的輸入端與板卡的端口c相連，制冷部件4與一繼電器RJ2的常開點(diǎn)相連，該繼電器與板卡的一個(gè)開關(guān)量輸出端d相連接，板卡與計(jì)算機(jī)相連，并由計(jì)算機(jī)控制，上述便構(gòu)成了本發(fā)明的電路。
其工作原理是在下腔內(nèi)空氣循環(huán)部件(可選用風(fēng)扇)、制冷部件以恒定的速度和一定的制冷量工作，下腔傳感器將下腔溫度信號(hào)傳送給板卡的模擬量輸入端口a，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將下腔傳感器傳來的溫度信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波等處理后進(jìn)行處理，處理的方法及具體過程將在下一段落進(jìn)行說明。控制系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果通過板卡的輸出端口c將控制信號(hào)傳送到固態(tài)繼電器的輸入端，去調(diào)節(jié)固態(tài)繼電器的輸出，電熱管根據(jù)固態(tài)繼電器輸入端所得到的信號(hào)的值去釋放出相應(yīng)的熱量以保證下腔內(nèi)的溫度達(dá)到所設(shè)定的溫度值。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)下腔傳感器傳來的溫度信號(hào)數(shù)據(jù)通過如下方法和過程進(jìn)行處理，具體過程為如下所述1、模擬PID調(diào)節(jié)規(guī)律的離散化如圖2和圖3所示，其中PID控制器用微分方程表示為u(t)=Kp[e(t)+1Ti∫0te(t)dt+Tdde(t)dt]---(1.1)]]>用傳遞函數(shù)為U(s)E(s)=Kp(1+1Tis+Tds)---(1.2)]]>式中e(t)——調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，一般為給定量與輸出反饋信號(hào)之差e(t)＝r(t)-y(t)r(t)——給定量y(t)——被控變量(輸出反饋信號(hào))u(t)——調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)，即傳給對(duì)象的控制信號(hào)Kp——比例系統(tǒng)Ti——積分時(shí)間常數(shù)Td——微分時(shí)間常數(shù)式(1.1)的積分和微分項(xiàng)難以在計(jì)算機(jī)上準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算，因此就需要將上述連續(xù)系統(tǒng)的微分方程離散化，即用差分方程近似描述采樣時(shí)刻的輸入輸出數(shù)值。具體需要做如下近似處理若采樣周期為T，初使時(shí)刻為0，第n次采樣輸入為en，調(diào)節(jié)輸出為un，式(1.1)中的微分項(xiàng) 用差分 代替，積分項(xiàng)∫0e(t)dt用和式 代替，則式(1.1)可寫成
un=Kp[en+1TiΣk=0nekT+Tden-en-1T]---(1.3)]]>式(1.3)即為離散形式的PID調(diào)節(jié)規(guī)律，式中，k為采樣序號(hào)，k＝0，1，2，...。但是用計(jì)算機(jī)計(jì)算上式比較麻煩。因?yàn)橐愠鰑n需用e0到en的所有值，當(dāng)n很大時(shí)要占用大量?jī)?nèi)存，計(jì)算也繁瑣，因此需將式(1.3)進(jìn)一步變換。
2、程序的實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述連續(xù)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)出的模擬調(diào)節(jié)器，經(jīng)離散化后變成適于計(jì)算機(jī)的差分方程，根據(jù)差分方程就可以編制出程序。如所述的差分方程為un＝un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2)(1.4)設(shè)K，a0，a1，a2為已知，要實(shí)現(xiàn)上述差分方程所表示的數(shù)字控制器，需考慮程序編制和數(shù)據(jù)運(yùn)算問題。
3、程序編制在過程控制語言時(shí)，均采用匯編語言編寫程序。對(duì)應(yīng)式(1.4)的數(shù)字控制器的程序流程圖如圖4所示。
首先設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)，將K，a0，a1，a2存入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。設(shè)初始條件為零時(shí)，un-1，en-1，en-2，在第一次計(jì)算時(shí)全為零。然后讀入輸入給定r0和輸出反饋y0，從而可計(jì)算出e0＝r0-y0，再將上述數(shù)據(jù)代入式(1.4)，這樣，T＝0時(shí)，un＝u0＝Ka0e0。
為下次采樣后再進(jìn)行輸出運(yùn)算作準(zhǔn)備，需將本次的un(un＝u0)，en，en-1分別存入un-1，en-1，en-2的存儲(chǔ)單元，當(dāng)進(jìn)行第二次采樣時(shí)，即t＝T時(shí)采入r1和y1，計(jì)算出e1＝r1-y1，un＝u1＝u0+(a0+a1e1)。
依此類推，每次計(jì)算上次輸出值，均需將本次計(jì)算的un及本次誤差en和前兩次誤差en-1，存入un-1，en-1和en-2存儲(chǔ)單元，為下次計(jì)算做好準(zhǔn)備。在每次計(jì)算后，均將計(jì)算結(jié)果輸出給外設(shè)進(jìn)行控制。
4、數(shù)據(jù)運(yùn)算從上面的編程計(jì)算可知要計(jì)算出un值，就要求計(jì)算機(jī)進(jìn)行乘法和加減法運(yùn)算，因在版式中參加計(jì)算的數(shù)值有可能是小數(shù)，也可能是整數(shù)，在計(jì)算機(jī)匯編語言中，整數(shù)和小數(shù)混合的數(shù)很難表示，不便于計(jì)算，同時(shí)，式中各項(xiàng)的數(shù)有正有負(fù)。所以在處理正負(fù)數(shù)運(yùn)算時(shí)，也要變成適于計(jì)算機(jī)的形式。下面分別進(jìn)行說明。
1)數(shù)的處理小數(shù)的處理因采用匯編語言，整數(shù)和小數(shù)混合的數(shù)不便于表示，所以在進(jìn)行計(jì)算之前，均需將參與運(yùn)算的數(shù)化成統(tǒng)一的形式。在進(jìn)行并行定點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，一般都將參與運(yùn)算的數(shù)化成小于1的數(shù)。為使數(shù)的類型統(tǒng)一，可乘以2-N，都化成小數(shù)來進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果乘以2N，就可恢復(fù)到原來的數(shù)值(當(dāng)然也可以把帶有小數(shù)的二進(jìn)制數(shù)乘2N，都化成整數(shù)，運(yùn)算后結(jié)果再乘以2-N)，這只要將二進(jìn)制的數(shù)先左移N位(后右移N位)即可。
正負(fù)數(shù)在算式中各項(xiàng)有正有負(fù)，需設(shè)一符號(hào)來表示，8位字長(zhǎng)的微型機(jī)選用單字節(jié)運(yùn)算時(shí)，最高位第7位為符號(hào)位，雙字節(jié)運(yùn)算時(shí)最高位第15位為符號(hào)位。最高位如為“0”時(shí)表示為數(shù)正，最高位為“1”時(shí)表示為數(shù)負(fù)。處理正負(fù)運(yùn)算時(shí)，一般采用補(bǔ)碼形式較為方便。在按補(bǔ)碼方式運(yùn)算時(shí)，參加運(yùn)算的操作數(shù)先化成補(bǔ)碼形式，最后計(jì)算結(jié)果再變成原碼輸出(保留符號(hào)位)。
正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼。如0.0011補(bǔ)碼仍為0.0011，符號(hào)位為0。
負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為原碼求反加1。如-0.0011的補(bǔ)碼為1.1011，符號(hào)位為1。
因而兩數(shù)的補(bǔ)碼之和等于和的補(bǔ)碼，即[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)＝[x+y]補(bǔ)所以，補(bǔ)碼加法運(yùn)算只要分別將兩個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼相加。
在程序中進(jìn)行誤差計(jì)算時(shí)，要進(jìn)行減法運(yùn)算，兩數(shù)的減法運(yùn)算可變成被減數(shù)的補(bǔ)碼加減數(shù)的補(bǔ)碼運(yùn)算，即減運(yùn)算變成加運(yùn)算。補(bǔ)碼運(yùn)算中符號(hào)位可以當(dāng)作數(shù)一樣參加運(yùn)算。結(jié)果的符號(hào)位為“0”時(shí)，表示運(yùn)算結(jié)果為正；為“1”時(shí)，表示運(yùn)算結(jié)果為負(fù)。
2)乘法運(yùn)算如沒有硬件乘法器，就要用程序來實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算。乘法運(yùn)算的程序編制法有很多種，如有的將符號(hào)位和數(shù)值部分分別運(yùn)算，有的符號(hào)位直接參加運(yùn)算，為提高計(jì)算精度還可采用雙字節(jié)運(yùn)算?？梢詫⒊朔ㄟ\(yùn)算程序作為子程序，以供多次調(diào)用。
5、防超調(diào)快速自適應(yīng)整定PID控制器的設(shè)計(jì)為達(dá)到由多種材料復(fù)合或多種材料層積復(fù)合所構(gòu)成復(fù)雜的生物質(zhì)材料導(dǎo)熱效能規(guī)律分析儀的特殊要求，經(jīng)過上述分析，采用了防超調(diào)快速自適應(yīng)整定的PID設(shè)計(jì)。離散后的差分方程為Δu＝un-un-1＝Kp(en-en-1)+KLKien+Kd(en-2en-1+en-2)(2.1)其控制流程如圖5所示，首先聲明變量K1，K2，K3，R(設(shè)定值)，Y(輸出反饋)；隨后對(duì)K1，K2，K3，R(設(shè)定值)，TS(采樣周期)，un-1(＝0)，en-1(＝0)，en-2(＝0)進(jìn)行初始化；然后讀取給定輸入rn和輸出反饋yn；再計(jì)算出en＝rn-yn；隨后判斷|en|是否小于A；若小于，則KL＝1；若不小于，則KL＝0；然后分步計(jì)算Kp(en-en-1)→AX；AX+Kd(en-2en-1+en-2)→AX；AX-un-1→AX；并存儲(chǔ)變量un→un-1、en-1→en-2、en→en-1；等待下一采樣周期開始進(jìn)行下一次采樣。
權(quán)利要求
1.一種PID溫度控制器，包括密閉腔室內(nèi)的溫度傳感器、放熱源，和腔室外的計(jì)算機(jī)板卡、計(jì)算機(jī)，其特征在于溫度傳感器與計(jì)算機(jī)板卡的模擬量信號(hào)輸入端相連，放熱源與計(jì)算機(jī)板卡的開關(guān)量端口相連，板卡與計(jì)算機(jī)相連，并由計(jì)算機(jī)采用模擬PID進(jìn)行控制，控制公式采用如下差分方程un＝un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2)其中K——比例系數(shù)；un——第n次采樣時(shí)的控制量；en——第n次采樣時(shí)的輸入量；a0，a1，a2——離散后的已知系數(shù)；或采用如下差分方程Δu＝un-un-1＝Kp(en-en-1)+KLKien+Kd(en-2en-1+en-2)其中Kp——比例系數(shù)；KLKi——積分系數(shù)；Kd——微分系數(shù)；un——第n次采樣時(shí)的控制量；en——第n次采樣時(shí)的輸入量。
2.如權(quán)利要求1所述的PID溫度控制器，其特征在于該放熱源包括加熱部件和制冷部件，分別通過繼電器連接于計(jì)算機(jī)板卡的開關(guān)量端口；或者包括加熱部件、制冷部件和空氣循環(huán)部件，分別通過繼電器連接于計(jì)算機(jī)板卡的開關(guān)量端口。
3.一種PID溫度控制方法，采用密閉腔室內(nèi)的溫度傳感器、放熱源，和腔室外的計(jì)算機(jī)板卡、計(jì)算機(jī)，其特征在于使用溫度傳感器采集密閉腔室內(nèi)的溫度信號(hào)，然后將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)板卡的模擬量輸入端口，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將輸入的溫度信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理及運(yùn)算處理，然后將運(yùn)算的結(jié)果作為控制信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)板卡發(fā)送給放熱源，使密閉腔室保持恒溫，運(yùn)算公式采用如下差分方程un＝un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2)其中K——比例系數(shù)；un——第n次采樣時(shí)的控制量；en——第n次采樣時(shí)的輸入量；a0，a1，a2——離散后的已知系數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的PID溫度控制方法，其特征在于具體算法步驟為①設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)，將K，a0，a1，a2存入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元；②進(jìn)行變量初始化，un-1，en-1，en-2，在第一次計(jì)算時(shí)全為零；③讀入輸入給定r0和輸出反饋y0；④計(jì)算出en＝rn-yn；⑤將上述數(shù)據(jù)代入差分方程un＝un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2)，計(jì)算結(jié)果輸出給外設(shè)；⑥將un，en，en-1分別存入un-1，en-1，en-2的存儲(chǔ)單元；⑦等待下一采樣周期開始進(jìn)行下一次采樣。
5.如權(quán)利要求3所述的PID溫度控制方法，其特征在于控制公式還可采用如下差分方程Δu＝un-un-1＝Kp(en-en-1)+KLKien+Kd(en-2en-1+en-2)其中Kp——比例系數(shù)；KLKi——積分系數(shù)；Kd——微分系數(shù)；un——第n次采樣時(shí)的控制量；en——第n次采樣時(shí)的輸入量。
6.如權(quán)利要求5所述的PID溫度控制方法，其特征在于具體算法步驟為①聲明變量K1，K2，K3，設(shè)定值R，輸出反饋Y；②對(duì)K1，K2，K3，設(shè)定值R，采樣周期TS進(jìn)行初始化，并設(shè)un-1＝0，en-1＝0，en-2＝0；③讀取給定輸入rn和輸出反饋yn；④計(jì)算出en＝rn-yn；⑤判斷|en|是否小于A；若小于，則KL＝1；若不小于，則KL＝0；⑥分步計(jì)算Kp(en-en-1)→AX；AX+Kd(en-2en-1+en-2)→AX；AX-un-1→AX；⑦存儲(chǔ)變量un→un-1、en-1→en-2、en→en-1；⑧等待下一采樣周期開始進(jìn)行下一次采樣。
7.如權(quán)利要求3或4或5或6所述的PID溫度控制方法，其特征在于運(yùn)算中進(jìn)行并行定點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，可將整數(shù)乘以2-N，統(tǒng)一化成小數(shù)來進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算后結(jié)果再乘以2N；或者將帶有小數(shù)的二進(jìn)制數(shù)乘2N，統(tǒng)一化成整數(shù)，運(yùn)算后結(jié)果再乘以2-N。
8.如權(quán)利要求3或4或5或6所述的PID溫度控制方法，其特征在于運(yùn)算中采用補(bǔ)碼方式運(yùn)算，最高位用“0”和“1”分別表示正負(fù)，參與運(yùn)算的操作數(shù)先化成補(bǔ)碼形式，計(jì)算結(jié)果再變成原碼輸出。
9.如權(quán)利要求3或4或5或6所述的PID溫度控制方法，其特征在于運(yùn)算中可采用硬件乘法器或乘法運(yùn)算程序來實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算；乘法運(yùn)算程序可采用將符號(hào)位和數(shù)值部分分別運(yùn)算，或符號(hào)位直接參加運(yùn)算，或雙字節(jié)運(yùn)算的方式。
10.如權(quán)利要求9所述的PID溫度控制方法，其特征在于乘法運(yùn)算程序可作為子程序，供多次調(diào)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種PID溫度控制器及方法，可應(yīng)用于固體材料的導(dǎo)熱效能測(cè)量，控制測(cè)量裝置的密閉腔室溫度，并使其恒定。主要包括密閉腔室內(nèi)的溫度傳感器、放熱源，和腔室外的計(jì)算機(jī)板卡、計(jì)算機(jī)，使用溫度傳感器采集密閉腔室內(nèi)的溫度信號(hào)，然后將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)板卡的模擬量輸入端口，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將輸入的溫度信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理及運(yùn)算處理(u
文檔編號(hào)G05B11/42GK101017380SQ20061000308
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日
發(fā)明者周玉成, 李春生, 侯曉鵬, 程放, 王金林, 安源, 趙輝, 張亞勇, 張星梅 申請(qǐng)人:周玉成