一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法和控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法和控制系統(tǒng)，通過自動(dòng)溫度控制方式控制恒溫箱內(nèi)部溫度，可以對(duì)溫度控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，也可通過算法選定最優(yōu)溫度控制參數(shù)，核心控制模塊根據(jù)通過鍵盤設(shè)定的目標(biāo)控制溫度、實(shí)際外界溫度和實(shí)際內(nèi)部溫度進(jìn)行溫度控制決策與參數(shù)整定，不斷通過恒溫箱內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)的實(shí)際溫度進(jìn)行反饋控制，確保恒溫箱內(nèi)部溫度穩(wěn)態(tài)誤差滿足要求，既有利于提高恒溫箱內(nèi)部溫度控制精度和溫度控制的穩(wěn)定性，且有利于后續(xù)對(duì)自適應(yīng)控制算法進(jìn)行改進(jìn)而不需要改變恒溫箱系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法和控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及恒溫箱控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法和控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]所謂“自適應(yīng)”一般是指系統(tǒng)按照環(huán)境的變化調(diào)整其自身，使得其行為在新的或者已經(jīng)改變了的環(huán)境下達(dá)到最好或者至少是容許的特性和功能，這種對(duì)環(huán)境變化具有適應(yīng)能力的控制系統(tǒng)稱為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。自適應(yīng)控制系統(tǒng)是采用控制對(duì)象特性控制被控參數(shù)趨近目標(biāo)參數(shù)的一種控制系統(tǒng)。自適應(yīng)溫度控制系統(tǒng)是利用實(shí)際溫度與測(cè)量溫度以及自適應(yīng)控制方法控制溫度逐漸趨近目標(biāo)溫度，實(shí)現(xiàn)將被控對(duì)象的目標(biāo)溫度控制在特定誤差范圍內(nèi)。隨著測(cè)試計(jì)量技術(shù)的不斷發(fā)展，恒溫箱在測(cè)試計(jì)量中的應(yīng)用越來越廣，對(duì)恒溫箱的溫度精度要求越來越高，現(xiàn)有技術(shù)中溫度控制方法多采用全模擬電路進(jìn)行控制，雖然在溫度穩(wěn)定性控制方面也達(dá)到了一定的水平，但控制精度及實(shí)時(shí)控制方面還不能滿足需求，且不能進(jìn)行功能設(shè)定，因此有必要設(shè)計(jì)出一種溫控速度快、精度高且穩(wěn)定性好的溫度控制系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的高精度控制，滿足更高的應(yīng)用需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法和控制系統(tǒng)，基于該控制系統(tǒng)的控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的快速高精度自適應(yīng)控制。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括核心控制模塊、內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊、外部溫度檢測(cè)模塊、鍵盤輸入模塊、信號(hào)放大模塊、溫度控制模塊、加熱制冷模塊、液晶顯示模塊、通信模塊，所述核心控制模塊分別連接內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊、外部溫度檢測(cè)模塊、鍵盤輸入模塊、信號(hào)放大模塊、液晶顯示模塊和通信模塊，所述信號(hào)放大模塊連接溫度控制模塊，所述溫度控制模塊連接加熱制冷模塊；
[0006]所述內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊和外部溫度檢測(cè)模塊分別用于檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度和外部溫度，并分別將數(shù)字式溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵目刂颇K；
[0007]所述核心控制模塊連續(xù)采集恒溫箱內(nèi)部、外部溫度并根據(jù)采集的實(shí)際外界溫度、實(shí)際內(nèi)部溫度和設(shè)定的目標(biāo)控制溫度，進(jìn)行自適應(yīng)控制，輸出控制信號(hào)給所述信號(hào)放大模塊；
[0008]所述信號(hào)放大模塊用于將核心控制模塊輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行給定倍數(shù)的放大并輸出到溫度控制模塊；所述溫度控制模塊用于將信號(hào)放大模塊輸出的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)功率信號(hào)輸出到加熱制冷模塊；所述加熱制冷模塊用于根據(jù)溫度控制模塊輸出的功率信號(hào)對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱或制冷操作，把恒溫箱內(nèi)部溫度控制在設(shè)定的目標(biāo)控制溫度范圍內(nèi)；
[0009]所述鍵盤輸入模塊用于設(shè)置相關(guān)功能和輸入數(shù)據(jù)；所述液晶顯示模塊用于顯示設(shè)定溫度、實(shí)測(cè)溫度及系統(tǒng)信息；所述通信模塊用于與上位機(jī)相連，與上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0010]所述內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊包括傳感器標(biāo)定單元，用于校正內(nèi)部溫度傳感器精度，所述傳感器標(biāo)定單元根據(jù)兩個(gè)實(shí)際檢測(cè)溫度值和兩個(gè)實(shí)際環(huán)境溫度值，計(jì)算溫度傳感器的實(shí)際溫度零點(diǎn)和實(shí)際溫度靈敏度，并標(biāo)定為后續(xù)進(jìn)行溫度控制的溫度零點(diǎn)和靈敏度。
[0011 ] 所述核心控制模塊包括自適應(yīng)溫度控制器，通過自適應(yīng)控制方式控制恒溫箱內(nèi)部溫度，根據(jù)檢測(cè)的恒溫箱內(nèi)外部實(shí)際溫度差和設(shè)定的目標(biāo)控制溫度與恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度之差，對(duì)溫度控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定且選定溫度控制流程和最優(yōu)溫度控制參數(shù)，通過溫度控制算法計(jì)算并輸出相應(yīng)時(shí)刻的控制信號(hào)。
[0012]一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法，其特征在于能夠根據(jù)外部溫度和恒溫箱內(nèi)部測(cè)試溫度，自動(dòng)完成溫度控制參數(shù)的自整定，快速完成恒溫箱的溫度控制，包括如下步驟:
[0013]步驟一，快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)上電初始化，包括傳感器標(biāo)定、設(shè)定目標(biāo)控制溫度和PID控制參數(shù)設(shè)定；
[0014]步驟二，啟動(dòng)溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)，測(cè)量恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度及外部實(shí)際溫度并將其保存；
[0015]步驟三，根據(jù)恒溫箱內(nèi)外部溫度自動(dòng)選取合適的控制參數(shù)對(duì)恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度進(jìn)行自適應(yīng)控制，根據(jù)恒溫箱內(nèi)外部實(shí)際溫度差和設(shè)定的目標(biāo)控制溫度與恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度之差，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度控制參數(shù)，計(jì)算得出輸出控制量，并將其轉(zhuǎn)化為可控制恒溫箱內(nèi)部溫度的功率信號(hào)，對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱或制冷操作，把恒溫箱內(nèi)部溫度快速控制在設(shè)定的目標(biāo)控制溫度范圍內(nèi)；
[0016]步驟四，連續(xù)采集恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度和外部實(shí)際溫度，進(jìn)行反饋控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。
[0017]所述步驟一中，包含溫度傳感器標(biāo)定方法，即先在一個(gè)溫度相對(duì)恒定的環(huán)境中檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度值穩(wěn)定一段時(shí)間后將輸入環(huán)境溫度值和檢測(cè)溫度值進(jìn)行保存，再在另一個(gè)溫度相對(duì)恒定的環(huán)境中檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度值穩(wěn)定一段時(shí)間后將輸入環(huán)境溫度值和檢測(cè)溫度值進(jìn)行保存，然后通過兩個(gè)實(shí)際環(huán)境溫度和兩個(gè)實(shí)際檢測(cè)溫度計(jì)算溫度傳感器的實(shí)際溫度零點(diǎn)和實(shí)際溫度靈敏度并保存到核心控制模塊的控制器內(nèi)部，后續(xù)進(jìn)行溫度控制時(shí)直接使用該標(biāo)定后的溫度零點(diǎn)和靈敏度。
[0018]所述步驟一中，所述溫度控制參數(shù)設(shè)定包括，分別輸入恒溫箱內(nèi)部溫度和外部溫度相差正負(fù)5度和正負(fù)2度時(shí)的溫度控制的最佳值，并將這些最佳數(shù)值存到核心控制模塊的控制器內(nèi)部，系統(tǒng)運(yùn)行后會(huì)根據(jù)恒溫箱內(nèi)外部溫度先讀取一組最佳控制參數(shù)并在后續(xù)的溫度控制策略中根據(jù)恒溫箱實(shí)際內(nèi)外部溫度差選取合適的溫度控制參數(shù)用于實(shí)際溫度控制。
[0019]所述步驟三中，通過啟動(dòng)用于溫度檢測(cè)和溫度控制頻率的定時(shí)器A，利用定時(shí)器A控制溫度檢測(cè)并實(shí)時(shí)顯示。
[0020]所述步驟三中，還包括啟動(dòng)用于溫度控制輸出的定時(shí)器B，所述定時(shí)器B調(diào)用定時(shí)器A處理程序計(jì)算實(shí)測(cè)溫度，判斷實(shí)際控制方式后輸出對(duì)應(yīng)的溫度控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。
[0021]所述實(shí)際控制方式包括開環(huán)控制、閉環(huán)控制和改進(jìn)型雙閉環(huán)控制。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:
[0023]1.本發(fā)明提供一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法，通過改進(jìn)型溫度控制方式控制恒溫箱內(nèi)部溫度，可以對(duì)溫度控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)定，也可通過算法選定最優(yōu)溫度控制參數(shù)，核心控制模塊根據(jù)通過鍵盤設(shè)定的目標(biāo)控制溫度、實(shí)測(cè)的實(shí)際外界溫度和實(shí)際內(nèi)部溫度進(jìn)行溫度控制決策與參數(shù)整定，不斷通過恒溫箱內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)的實(shí)際溫度進(jìn)行反饋控制，確保恒溫箱內(nèi)部溫度穩(wěn)態(tài)誤差滿足要求，既有利于提高恒溫箱內(nèi)部溫度控制精度和溫度控制的穩(wěn)定性，且有利于后續(xù)對(duì)自適應(yīng)控制算法進(jìn)行改進(jìn)而不需要改變恒溫箱系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。
[0024]2.本發(fā)明提供一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)使用數(shù)字式溫度傳感器檢測(cè)恒溫箱內(nèi)外部溫度，根據(jù)檢測(cè)溫度參數(shù)和目標(biāo)控制溫度進(jìn)行自適應(yīng)控制決策，選擇合適的控制參數(shù)和控制流程，快速且高效地把恒溫箱內(nèi)部溫度控制在設(shè)定誤差范圍內(nèi)。該控制系統(tǒng)能進(jìn)行數(shù)字式測(cè)量和控制，可以通過人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜功能設(shè)定與控制，滿足用戶對(duì)恒溫箱更高的應(yīng)用需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法原理圖。
[0027]圖3是本發(fā)明快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法步驟框圖。
[0028]圖4是自適應(yīng)控制程序流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0030]圖1是快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)使用數(shù)字式溫度傳感器檢測(cè)恒溫箱內(nèi)外部溫度，根據(jù)檢測(cè)溫度參數(shù)和目標(biāo)控制溫度進(jìn)行自適應(yīng)控制決策，選擇合適的控制參數(shù)和控制流程，快速且高效地把恒溫箱內(nèi)部溫度控制在設(shè)定誤差范圍內(nèi)。該控制系統(tǒng)能進(jìn)行數(shù)字式測(cè)量和控制，可以通過人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜功能設(shè)定與控制，滿足用戶對(duì)恒溫箱更高的應(yīng)用需求。
[0031]本發(fā)明提供的快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括核心控制模塊、內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊、外部溫度檢測(cè)模塊、鍵盤輸入模塊、信號(hào)放大模塊、溫度控制模塊、加熱制冷模塊、液晶顯示模塊、通信模塊，核心控制模塊分別連接內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊、外部溫度檢測(cè)模塊、鍵盤輸入模塊、信號(hào)放大模塊、液晶顯示模塊和通信模塊，信號(hào)放大模塊連接溫度控制模塊，溫度控制模塊連接加熱制冷模塊；內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊和外部溫度檢測(cè)模塊分別用于檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度和外部溫度，并分別將數(shù)字式溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵目刂颇K；核心控制模塊循環(huán)采集恒溫箱內(nèi)部、外部溫度并根據(jù)采集的實(shí)際外界溫度、實(shí)際內(nèi)部溫度和設(shè)定的目標(biāo)控制溫度，進(jìn)行自適應(yīng)控制，輸出控制信號(hào)給所述信號(hào)放大模塊；信號(hào)放大模塊用于將核心控制模塊輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行特定倍數(shù)的放大并輸出到溫度控制模塊；所述溫度控制模塊用于將信號(hào)放大模塊輸出的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)功率信號(hào)輸出到加熱制冷模塊；加熱制冷模塊用于根據(jù)溫度控制模塊輸出的功率信號(hào)對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱或制冷操作，把恒溫箱內(nèi)部溫度控制在設(shè)定的目標(biāo)控制溫度范圍內(nèi)。鍵盤輸入模塊用于設(shè)置相關(guān)功能和輸入數(shù)據(jù)；所述液晶顯示模塊用于顯示設(shè)定溫度、實(shí)測(cè)溫度及系統(tǒng)信息；所述通信模塊用于與上位機(jī)相連，與上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0032]其中，交流電源輸入模塊將220V交流電輸送至控制系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換模塊，電源轉(zhuǎn)換模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換為直流電源分別給控制系統(tǒng)中的各模塊供電；核心控制模塊分別連接內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊、外部溫度檢測(cè)模塊和通信模塊；核心控制模塊循環(huán)采集恒溫箱內(nèi)部、外部溫度并顯示等待鍵盤輸入模塊的響應(yīng)；核心控制模塊在得到鍵盤輸入模塊的響應(yīng)后進(jìn)行控制溫度設(shè)定、溫度控制參數(shù)設(shè)定或傳感器標(biāo)定操作，然后進(jìn)行溫度控制；內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊包含溫度傳感器，用于檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度，并將數(shù)字式溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵目刂颇K；外部溫度檢測(cè)模塊用于檢測(cè)恒溫箱外部溫度，即環(huán)境溫度，并將數(shù)字式溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵目刂颇K；鍵盤輸入模塊與核心控制模塊相連，用于設(shè)置相關(guān)功能和輸入數(shù)據(jù)；液晶顯示模塊與核心控制模塊相連，用于顯示設(shè)定溫度、實(shí)測(cè)溫度及系統(tǒng)信息；信號(hào)放大模塊與核心控制模塊和溫度控制模塊相連，用于將核心控制模塊輸出的電壓值進(jìn)行特定倍數(shù)的放大并輸出到溫度控制模塊；溫度控制模塊與信號(hào)放大模塊和加熱制冷模塊相連，用于將信號(hào)放大模塊輸出的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)功率信號(hào)輸出到加熱制冷模塊；加熱制冷模塊與溫度控制模塊相連，用于利用溫度控制模塊輸出的電壓進(jìn)行加熱或制冷操作；上位機(jī)與通信模塊相連，集成在恒溫箱內(nèi)部，用于處理控制系統(tǒng)中的通信信息。本發(fā)明提供的快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)在本發(fā)明中也可以簡稱恒溫箱自適應(yīng)系統(tǒng)或恒溫箱系統(tǒng)。
[0033]圖2是快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法原理圖。其中，r(t)為通過鍵盤設(shè)定的目標(biāo)溫度，e(t)為實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度之差，u(t)為溫度控制器輸出控制量，y(t)為恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度，通過內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度y(t)與通過鍵盤設(shè)定的目標(biāo)溫度r (t)相減得到實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度之差e (t)，進(jìn)而通過溫度控制器計(jì)算輸出控制量u(t)，恒溫箱系統(tǒng)通過實(shí)際輸出控制量進(jìn)行相應(yīng)并受到擾動(dòng)信號(hào)的影響綜合為恒溫箱內(nèi)部溫度實(shí)時(shí)變化，再利用內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)內(nèi)部溫度反饋回輸入，如此循環(huán)控制恒溫箱內(nèi)部溫度。
[0034]圖3是本發(fā)明快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法步驟框圖。本發(fā)明在圖2所示的設(shè)計(jì)原理基礎(chǔ)上，形成如圖3所示的實(shí)現(xiàn)快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法的關(guān)鍵步驟:步驟一，快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)上電初始化，包括傳感器標(biāo)定、設(shè)定目標(biāo)控制溫度和溫度控制方式和溫度控制參數(shù)設(shè)定；步驟二，啟動(dòng)溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)，測(cè)量恒溫箱內(nèi)部溫度及外部溫度并將其保存；步驟三，采用改進(jìn)型溫度控制方法對(duì)恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度進(jìn)行自適應(yīng)控制，根據(jù)恒溫箱內(nèi)外部實(shí)際溫度差和設(shè)定的目標(biāo)控制溫度與恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度之差，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度控制參數(shù)，計(jì)算得出輸出控制量，并將其轉(zhuǎn)化為可控制恒溫箱內(nèi)部溫度的功率信號(hào)，對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱或制冷操作，快速把恒溫箱內(nèi)部溫度控制在設(shè)定的目標(biāo)控制溫度范圍內(nèi)；步驟四，連續(xù)采集恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度和外部實(shí)際溫度，進(jìn)行反饋控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。溫度控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度控制參數(shù)計(jì)算得出輸出控制量，溫度控制模塊將其轉(zhuǎn)化為可控制恒溫箱內(nèi)部溫度的功率信號(hào)；核心控制模塊循環(huán)采集恒溫箱內(nèi)部、外部溫度，不斷通過恒溫箱內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)的實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行反饋控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。步驟一中，包含溫度傳感器標(biāo)定方法；即先在一個(gè)溫度相對(duì)恒定的環(huán)境中檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度值穩(wěn)定一段時(shí)間后將輸入環(huán)境溫度值和檢測(cè)溫度值進(jìn)行保存，再在另一個(gè)溫度相對(duì)恒定的環(huán)境中檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度值穩(wěn)定一段時(shí)間后將輸入環(huán)境溫度值和檢測(cè)溫度值進(jìn)行保存，然后通過兩個(gè)實(shí)際環(huán)境溫度和兩個(gè)實(shí)際檢測(cè)溫度計(jì)算溫度傳感器的實(shí)際溫度零點(diǎn)和實(shí)際溫度靈敏度并保存到核心控制模塊的控制器內(nèi)部，后續(xù)進(jìn)行溫度控制時(shí)直接使用該標(biāo)定后的溫度零點(diǎn)和靈敏度?？焖俸銣叵渥赃m應(yīng)控制系統(tǒng)上電時(shí)所連接的電源為所述電源轉(zhuǎn)換模塊提供的直流電源，電源轉(zhuǎn)換模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換為直流電源分別給控制系統(tǒng)中的其它各模塊供電；步驟二中，內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊中的溫度傳感器檢測(cè)到恒溫箱內(nèi)部溫度，并將數(shù)字式溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵目刂颇K；所述外部溫度是指外部溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)到的環(huán)境溫度；步驟三中，所述實(shí)測(cè)溫度通過啟動(dòng)核心控制模塊中的定時(shí)器A，利用定時(shí)器A控制溫度檢測(cè)、溫度控制頻率及實(shí)時(shí)顯示。本發(fā)明中所提及的溫度控制器(改進(jìn)型雙環(huán)PID控制算法)是一個(gè)反饋回路部件。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運(yùn)算不同，溫度控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定。
[0035]圖4是自適應(yīng)控制程序流程圖。如圖4所示，快速恒溫箱控制系統(tǒng)上電后，控制器開始進(jìn)行初始設(shè)定，設(shè)定控制器各端口和集成模塊的工作條件和工作方式；進(jìn)行傳感器設(shè)定，控制溫度設(shè)定和溫度控制參數(shù)設(shè)定；DA模塊設(shè)定并啟動(dòng)DA轉(zhuǎn)換輸出；設(shè)定LCD液晶顯示模塊并啟動(dòng)顯示；啟動(dòng)溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)；啟動(dòng)用于溫度檢測(cè)和溫度控制頻率的定時(shí)器A，設(shè)置鍵盤中斷并啟動(dòng)全局中斷；利用定時(shí)器A控制溫度檢測(cè)并實(shí)時(shí)顯示，以等待人機(jī)交互進(jìn)行鍵盤設(shè)定操作，當(dāng)鍵盤設(shè)定完成后退出循環(huán)等待；根據(jù)鍵盤設(shè)定情況重新設(shè)置傳感器、控制溫度和溫度控制參數(shù)信息并啟動(dòng)用于溫度控制輸出的定時(shí)器B ;利用定時(shí)器A控制溫度檢測(cè)并調(diào)用定時(shí)器A處理程序計(jì)算實(shí)測(cè)溫度并暫存到內(nèi)部變量，然后實(shí)時(shí)利用LCD液晶顯示模塊顯示實(shí)測(cè)溫度，然后開始溫度控制操作，判斷控制方式為開環(huán)控制、閉環(huán)控制、改進(jìn)型雙環(huán)閉環(huán)控制，根據(jù)實(shí)際控制方式進(jìn)行對(duì)應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。圖4中的脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulat1n”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。
[0036]應(yīng)當(dāng)指出，以上所述本發(fā)明【具體實(shí)施方式】可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。因此，盡管本說明書和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括核心控制模塊、內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊、外部溫度檢測(cè)模塊、鍵盤輸入模塊、信號(hào)放大模塊、溫度控制模塊、加熱制冷模塊、液晶顯示模塊、通信模塊，所述核心控制模塊分別連接內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊、外部溫度檢測(cè)模塊、鍵盤輸入模塊、信號(hào)放大模塊、液晶顯示模塊和通信模塊，所述信號(hào)放大模塊連接溫度控制模塊，所述溫度控制模塊連接加熱制冷模塊； 所述內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊和外部溫度檢測(cè)模塊分別用于檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度和外部溫度，并分別將數(shù)字式溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵目刂颇K； 所述核心控制模塊循環(huán)采集恒溫箱內(nèi)部、外部溫度并根據(jù)采集的實(shí)際外界溫度、實(shí)際內(nèi)部溫度和設(shè)定的目標(biāo)控制溫度，進(jìn)行自適應(yīng)控制，輸出控制信號(hào)給所述信號(hào)放大模塊； 所述信號(hào)放大模塊用于將核心控制模塊輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行特定倍數(shù)的放大并輸出到溫度控制模塊；所述溫度控制模塊用于將信號(hào)放大模塊輸出的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)功率信號(hào)輸出到加熱制冷模塊；所述加熱制冷模塊用于根據(jù)溫度控制模塊輸出的功率信號(hào)對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱或制冷操作，把恒溫箱內(nèi)部溫度控制在設(shè)定的目標(biāo)控制溫度范圍內(nèi)； 所述鍵盤輸入模塊用于設(shè)置相關(guān)功能和輸入數(shù)據(jù)；所述液晶顯示模塊用于顯示設(shè)定溫度、實(shí)測(cè)溫度及系統(tǒng)信息；所述通信模塊用于與上位機(jī)相連，與上位機(jī)進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部溫度檢測(cè)模塊包括傳感器標(biāo)定單元，用于校正內(nèi)部溫度傳感器精度，所述傳感器標(biāo)定單元根據(jù)兩個(gè)實(shí)際檢測(cè)溫度值和兩個(gè)實(shí)際環(huán)境溫度值，計(jì)算溫度傳感器的實(shí)際溫度零點(diǎn)和實(shí)際溫度靈敏度，并標(biāo)定為后續(xù)進(jìn)行溫度控制的溫度零點(diǎn)和靈敏度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述核心控制模塊包括自適應(yīng)溫度控制器，通過自適應(yīng)控制方式控制恒溫箱內(nèi)部溫度，根據(jù)檢測(cè)的恒溫箱內(nèi)外部實(shí)際溫度差和設(shè)定的目標(biāo)控制溫度與恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度之差，對(duì)溫度控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定且選定溫度控制流程和最優(yōu)溫度控制參數(shù)，通過溫度控制算法計(jì)算并輸出相應(yīng)時(shí)刻的控制信號(hào)。
4.一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一，快速恒溫箱自適應(yīng)控制系統(tǒng)上電初始化，包括傳感器標(biāo)定、設(shè)定目標(biāo)控制溫度和PID控制參數(shù)設(shè)定； 步驟二，啟動(dòng)溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)，測(cè)量恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度及外部實(shí)際溫度并將其保存； 步驟三，采用溫度控制算法對(duì)恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度進(jìn)行自適應(yīng)控制，根據(jù)恒溫箱內(nèi)外部實(shí)際溫度差和設(shè)定的目標(biāo)控制溫度與恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度之差，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度控制參數(shù)，計(jì)算得出輸出控制量，并將其轉(zhuǎn)化為可控制恒溫箱內(nèi)部溫度的功率信號(hào)，對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱或制冷操作，把恒溫箱內(nèi)部溫度控制在設(shè)定的目標(biāo)控制溫度范圍內(nèi)； 步驟四，連續(xù)采集恒溫箱內(nèi)部實(shí)際溫度和外部實(shí)際溫度，進(jìn)行反饋控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟一中，包含溫度傳感器標(biāo)定方法，即先在一個(gè)溫度相對(duì)恒定的環(huán)境中檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度值穩(wěn)定一段時(shí)間后將輸入環(huán)境溫度值和檢測(cè)溫度值進(jìn)行保存，再在另一個(gè)溫度相對(duì)恒定的環(huán)境中檢測(cè)恒溫箱內(nèi)部溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度值穩(wěn)定一段時(shí)間后將輸入環(huán)境溫度值和檢測(cè)溫度值進(jìn)行保存，然后通過兩個(gè)實(shí)際環(huán)境溫度和兩個(gè)實(shí)際檢測(cè)溫度計(jì)算溫度傳感器的實(shí)際溫度零點(diǎn)和實(shí)際溫度靈敏度并保存到核心控制模塊的控制器內(nèi)部，后續(xù)進(jìn)行溫度控制時(shí)直接使用該標(biāo)定后的溫度零點(diǎn)和靈敏度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟一中，所述溫度控制參數(shù)設(shè)定包括，分別輸入恒溫箱內(nèi)部溫度和外部溫度相差正負(fù)5度和正負(fù)2度時(shí)的溫度控制參數(shù)的最佳值，并將這些最佳數(shù)值存到核心控制模塊的控制器內(nèi)部，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)先讀取最佳溫度控制參數(shù)并根據(jù)實(shí)際內(nèi)外部溫度差選取合適溫度控制數(shù)值用于實(shí)際溫度控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟三中，通過啟動(dòng)用于溫度檢測(cè)和溫度控制頻率的定時(shí)器A，利用定時(shí)器A控制溫度檢測(cè)并實(shí)時(shí)顯不O
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟三中，還包括啟動(dòng)用于溫度控制輸出的定時(shí)器B，所述定時(shí)器B調(diào)用定時(shí)器A處理程序計(jì)算實(shí)測(cè)溫度，判斷實(shí)際控制方式后輸出對(duì)應(yīng)的溫度控制控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快速恒溫箱自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述實(shí)際控制方式包括開環(huán)控制、閉環(huán)控制、改進(jìn)型雙環(huán)閉環(huán)控制。
【文檔編號(hào)】G05D23/19GK104238592SQ201410469078
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】宋佳赟, 潘攀, 王書強(qiáng), 張少楠, 王慧, 劉碧野 申請(qǐng)人:北京東方計(jì)量測(cè)試研究所