一种基于极点配置的自校正PID温度控制器.pdf

第 卷 第 期 哈 尔 滨 工 !? #? %? ? ( ) ? ?+% 业 大 ,卯? 年 ? 月 +% . +/ 0#+下 学 学 报 ?( /12) %??协3 丫 4 56 7 , %5 7 8 9 7 ,卯 ? 一种基于极点配置的自校正 :+ ; 温度控制器 黄显林 周建锁 王淑娟 哈尔滨工业大学控制工程系= 摘 要 提出一种基于极点配置的自校正温度控制器 , 旨在解决常规 :+ ; 参数不能在线 自动整定 的问题 。 仿真结果证明了该控制器的有效性 。 关键词 极点配置 自校正 温度控制器 仿真 分类号 4 ? ? , 温控对象数学模型 为了控制某一 系统的温度 , 一般采用常规的 :+ ; 控制器 , 利用单片机来实现 。 但是常规 :+ ; 在 实际应用中存在许多问题 , 主要 是不同温度点参 数的整定问题 , 为此建立 了 自校正 :+ ; 控制律 。 温控箱结构简化如 图 , 所示 。 其基本工作过程 为 Α 电热丝通电 , 对加热室的空气进行加热 , 然后 由风机吹人恒温室 , 使恒温室 的温度达到平衡 。 同时 , 随着箱体内空气温度的升高 , 通过保温层的 散热也增大了 , 当由电热丝提供的加热功率与散 热功率数值相等时 , 箱体内温度便稳定下来 。 为了便于分析 , 将温控箱热原理图简化如 图 ? 所示 。 其中 Α , , ? , 代表空气室 加热室和恒温 室作为整体考虑 = , 保温层和外界空气 / 6 , 几 , 几 为空气室 , 保温层 , 外界空气温度 Β , , Β Χ , Β 为 空气室 , 保温层 , 外界空气的 比热 口为输人的热 功率 口 ,? , 口 ? 为 ,传给 ? , ? 传给 的传热率 。 根据传热学原理有 便 , 下文将 。 , Δ Α , Β Χ 。Α , Ε ,? + , 人? Α 仍分别记为 Β , , 。? , Ε ,? , 肠 。 根据传热学稳态传热原理 , 得对象 数学模型为 Α 鬓 ‘ 毛 Α 7 州 、 Φ 于 Φ 6 、 Φ 、 Φ ‘ 、 Φ 保温层 加热层 7 巨温层 6 图 , 温控箱示意图 .Γ ΗΓ 〔Ι6如 Β 山?9Ι ?6Κ 50 ΛΓ Δ ΜΓ Ι?Λ Ν Γ 5 Κ ΛΙ5 6场 Ο Π 气 Π 几 图 ? 温控箱热原理图 ?65Β Ε 山? 9Ι ?Θ 66 ?0 ΛΗΓ Ι Κ 65ΛΙ Γ Ρ 口 一 口 ,Α 二 2 。。 6 (Σ 9 Χ 3 , = Τ / Ρ Υ 6= 一 嘿 、? Υ ?泞几、 Υ , ? = 刀一一才叱卜一人2十 飞尸 , 、7声7盈 ?飞 」 丫 ‘了 、了7 二 Τ ,? 了 ’, 二 口 二 二 2 Χ Δ Χ 式中 Α Τ 二 Τ , ? 晓 二 2 , 2Χ Τ 6Α 乓 ’ 口 口 二 二 场 Χ 爪 Ω 式中 Α 凡? , 心 为传热系数 Δ 6 , Δ Χ = 为空气室和 几 Ξ Τ ,? 鲜由助些ΨΛ/Ρ= 保温层介质的质量 + , Χ 为传热 面积 。 为方 泞 二 6 ? 2 , Τ 6Α Υ 2 + Τ 刀 Υ 2 Χ Τ ,? 了Τ ,? 心 Γ 、 Γ Χ 收稿日期 Α 6望魏Σ 一 , 一 7 黄显林 , 男 , ,?? Ζ 年生 , 教授 哈尔滨工业大学控制工程系巧仪刃, = 7 第 期 黄显林等 Α 一种基于极点配置的自校正 :+ ; 温度控制器 通过观察阶跃输人的实验曲线可以判定 6 阶跃响应未发生振荡 = , 故式?= 可改写为 Α 2 Α = Τ ‘ Α Υ Α , 比例作用只对输出量有效 , 即有 Α △8 Ε = Ξ 凡仁, Ε 一 ,= 一 , Ε =〕Υ Ε ‘Γ Ε = Υ Ε己仁?少Ε 一 ,= 一 = Ε = 一 = Ε 一 ?=」, ,= [Ζ=奋 一 Α Υ Α , = , Υ Α 、= 其中 , Ρ , , ? ? , Α 。 均为实根 。 考虑温控实际过程 , 对式 Ζ= 进行带零阶保持 器的 Χ 变换 , 得离散模型 久 Α = 式,,= 可改写为 △8 Ε = 式中 Α ∴ Υ Ε 己 召 , Ε Α 月 Ξ Ε Ψ 。 Ξ 冲 Ε = 一 脚Ε = ,? = , 一 Α 一 , =几 一 月 , ? 一 , = : Ξ 凡 久 ] = Ξ 6 Π , 、 Π Α 2、 = Α 万 少乙 ? — 」 Ξ 考虑温控对象 , 式∴ =可写为 Α 注少Ε = Ξ Α 一, ? 8 Ε = , = 式中 Α Ξ 一Υ ? , Α 一‘ Υ ? Χ厂 ? 丑 Ξ Ζ 。 Υ 占 , 0 , , 且 ⊥ 5 尹 ? 。 由极点配置 , 希望系统闭环特征方程极点分布合 理 Α 门!+ 一