本發(fā)明涉及爐管加熱，尤其是涉及一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在工業(yè)生產(chǎn)中，爐管heater作為關(guān)鍵設(shè)備，其加熱效率與溫度控制的精確性直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、能耗及生產(chǎn)安全。傳統(tǒng)加熱控制系統(tǒng)多采用簡單的開關(guān)控制或基礎(chǔ)的溫度反饋控制，存在影響速度慢、超調(diào)量大、穩(wěn)態(tài)誤差大等問題，難以滿足高精度、高效率的加熱需求。

2、同時，在原來的heater加熱控制系統(tǒng)中，存在多溫區(qū)升溫不同步，內(nèi)外溫差較大，溫度控制波動較大，爐管的加熱控制是確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的加熱控制方法存在響應(yīng)速度慢、能耗高和溫度波動大的問題。

3、因此，開發(fā)一種能夠適時調(diào)整加熱功率、快速響應(yīng)溫度變化、減少超調(diào)和穩(wěn)態(tài)誤差的pid控制系統(tǒng)顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中爐管heater加熱控制存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠顯著提高加熱效率，精確控制加熱溫度，降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全性。

2、第一方面，本發(fā)明提供的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，包括：

4、溫度傳感器，用于實(shí)時采集爐管內(nèi)溫度；

5、pid控制器，用于接收溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)測溫度的偏差進(jìn)行計(jì)算，輸出控制指令；

6、調(diào)節(jié)裝置，用于接收pid控制器的控制指令，調(diào)節(jié)加熱原件的功率，實(shí)現(xiàn)控溫。

7、進(jìn)一步地，所述根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)測溫度的偏差進(jìn)行計(jì)算，包括所述pid控制器根據(jù)給定信號和反饋信號計(jì)算偏差信號，并基于比例運(yùn)算、積分運(yùn)算和微分運(yùn)算來計(jì)算控制量u，從而控制功率管的占空比d。

8、進(jìn)一步地，所述pid控制器根據(jù)給定信號和反饋信號計(jì)算偏差信號，包括基于數(shù)字pid控制器建立位置式pid控制算法的數(shù)學(xué)模型。

9、進(jìn)一步地，所述數(shù)字pid控制器的控制表達(dá)式為：

10、????????????????(7-1)

11、式中，e(t)為系統(tǒng)偏差，e(t)=r(t)-c(t)；為比例系數(shù)；為積分時間常數(shù)；為微分時間常數(shù)。

12、進(jìn)一步地，所述位置式pid控制算法的數(shù)學(xué)模型表示為：

13、；將表達(dá)式展開，合并同類項(xiàng)后得到：

14、；

15、其中：；

16、；

17、 ?。

18、進(jìn)一步地，所述比例運(yùn)算包括計(jì)算當(dāng)前溫度與目標(biāo)溫度之間的誤差，根據(jù)偏差大小直接調(diào)整控制量，快速響應(yīng)溫度變化。

19、進(jìn)一步地，所述積分運(yùn)算包括根據(jù)比例運(yùn)算得到的誤差，計(jì)算誤差的累積，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。

20、進(jìn)一步地，所述微分運(yùn)算包括根據(jù)誤差的累積來預(yù)測偏差變化趨勢，提前調(diào)整控制量，減少超調(diào)量。

21、進(jìn)一步地，所述基于數(shù)字pid控制器建立位置式pid控制算法的數(shù)學(xué)模型，包括選擇pid控制器參數(shù)，其中包括分別確定比例系數(shù)kp、積分時間常數(shù)ti、微分時間常數(shù)td以及空載、帶載聯(lián)調(diào)。

22、進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)裝置通過控制周期內(nèi)加熱時間的長短來控制加熱器，其中，設(shè)控制器的加熱狀態(tài)為1，不加熱狀態(tài)為0，并形成pwm的方波，即通過控制值控制pwm方波的占空比來控制加熱功率。

23、綜上所述，本發(fā)明具有如下的有益技術(shù)效果：

24、本發(fā)明通過上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)爐體不同溫區(qū)的波動范圍在±1℃，爐體內(nèi)外溫差波動±0.1℃。

25、顯著提升爐管heater加熱控制的精度和穩(wěn)定性，減少溫度波動。

26、提高加熱效率，降低能耗，節(jié)能減排。

27、增加系統(tǒng)的自適應(yīng)性和魯棒性，適應(yīng)不同工況下的加熱需求。

28、提升生產(chǎn)安全性和產(chǎn)品質(zhì)量，減少因溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致的生產(chǎn)事故和次品率。

技術(shù)特征：

1.一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)測溫度的偏差進(jìn)行計(jì)算，包括所述pid控制器根據(jù)給定信號和反饋信號計(jì)算偏差信號，并基于比例運(yùn)算、積分運(yùn)算和微分運(yùn)算來計(jì)算控制量u，從而控制功率管的占空比d。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述pid控制器根據(jù)給定信號和反饋信號計(jì)算偏差信號，包括基于數(shù)字pid控制器建立位置式pid控制算法的數(shù)學(xué)模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字pid控制器的控制表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置式pid控制算法的數(shù)學(xué)模型表示為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述比例運(yùn)算包括計(jì)算當(dāng)前溫度與目標(biāo)溫度之間的誤差，根據(jù)偏差大小直接調(diào)整控制量，快速響應(yīng)溫度變化。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述積分運(yùn)算包括根據(jù)比例運(yùn)算得到的誤差，計(jì)算誤差的累積，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述微分運(yùn)算包括根據(jù)誤差的累積來預(yù)測偏差變化趨勢，提前調(diào)整控制量，減少超調(diào)量。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于數(shù)字pid控制器建立位置式pid控制算法的數(shù)學(xué)模型，包括選擇pid控制器參數(shù)，其中包括分別確定比例系數(shù)kp、積分時間常數(shù)ti、微分時間常數(shù)td以及空載、帶載聯(lián)調(diào)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于pid控制算法的爐管heater加熱控制系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置通過控制周期內(nèi)加熱時間的長短來控制加熱器，其中，設(shè)控制器的加熱狀態(tài)為1，不加熱狀態(tài)為0，并形成pwm的方波，即通過控制值控制pwm方波的占空比來控制加熱功率。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及爐管加熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于PID控制算法的爐管Heater加熱控制系統(tǒng)。系統(tǒng)，包括溫度傳感器，用于實(shí)時采集爐管內(nèi)溫度；PID控制器，用于接收溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)測溫度的偏差進(jìn)行計(jì)算，輸出控制指令；調(diào)節(jié)裝置，用于接收PID控制器的控制指令，調(diào)節(jié)加熱原件的功率，實(shí)現(xiàn)控溫。本發(fā)明通過上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)爐體不同溫區(qū)的波動范圍在±1℃，爐體內(nèi)外溫差波動±0.1℃；顯著提升爐管Heater加熱控制的精度和穩(wěn)定性，減少溫度波動。

技術(shù)研發(fā)人員：彭定勇,馬亞蘭,翟悟名,李軍,羅棟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州歐諾半導(dǎo)體設(shè)備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10