高精度恒温测控系统的设计与实现

1、高精度恒温测控系统的设计与实现毛凯 徐煜文 王建军联合汽车电子有限责任公司西安厂摘要：介绍了一种高精度恒温测控系统的设计与实现方法。该方法利用专家人工调节经验和PID控制的定量调节特性，很好地满足了大滞后系统高精度控温与快速性的要求。这种方法的特点是：使用温度变化预估控制和PID参数直线修正方法，有效的抑制超调。实践证明该方法在高精度恒温控制中具有良好的控制效果。用于多槽化学处理液中，控制精度优于±0.05。关键词：高精度恒温控制 PID控制 控制 模糊控制Design and Realization of High Precision Constant Temperature Me

2、asure and Control SystemMao Kai Xu Yuwen Wang JianjunAbstract：This paper introduces a new method for the design and realization of high precision constant temperature measure and control system. This method uses the artificial regulating experience of expert and the characteristic that fixed amount

3、regulating of PID control function, and satisfies the request of high precision and rapidly control temperature in high delay system. The character of this approach is that: using predictive control temperature and the linear revision method in regulating PID parameter, restrain the super adjusting.

4、 The method utilizes efficiently in the high precision control temperature system. It use in many slots chemistry liquid system, the control accuracy is better than ±0.05.Keywords：high precision constant temperature control PID control intelligent control fussy control 1 引言高精度的恒温控制系统在工业生产和许多科技领

5、域，因其能显著提高产品的质量，降低废品率。而被越来越多的应用。这样的设备一般都比较昂贵，研究开发高精度恒温测控系统是有明确的现实意义的。温度被控制对象一般都是有一定的纯滞后非线性以及较大的热惯性。采用常规的PID控制方法由于惯性的影响以及环境条件和被控对象参数的，往往很难达到高精度要求。考虑到模糊控制不需要知道系统精确的数学模型,而且模糊控制规则不局限于某一个特定的对象,本文提出的一种Fuzzy逻辑控制与温度预估和智能PID相结合的复合控制方法。解决高精度恒温控制中的高精度与快速性的问题。2 控制原理我们将温度控制过程分为初调节、粗调整和精调整3个阶段。所设计的Fuzzy智能PID复合控制器的

6、原理如图1所示。图1 Fuzzy智能PID复合控制器原理图由图1可知，该控制算法设置了一个软开关，使PID控制和模糊控制有机的结合起来。软开关的开关条件为Eo。当误差|e|Eo时，开关切换到PID控制，以充分发挥PID控制的优点，实现高精度控制。当|e|>Eo时，则切换到模糊控制，从而发挥模糊控制不依赖于对象模型、抗扰动强的特点，当误差减小到Eo时，在切换到PID控制，即用定性推理与定量计算相结合的多模态控制方法，增强系统的控制品质。 在控制程序中，设置了一个判断条件：如果误差|e|Eo，执行温度预估PID控制：否则执行模糊控制。软开关实现以下功能：1）误差|e|>Eo时，模糊控制

7、工作；2）误差|e|Eo时，PID预估控制工作。在这种综合控制算法中，为实现两种算法的切换，设置了一个切换条件Eo。当误差|e|Eo时，切换到PID预估控制进行控制，当突然出现一个大的干扰或噪声时，系统误差增大，只要|e|>Eo时，就立即切换到模糊控制，使系统从大的偏离回到设定值，随着误差的逐渐减小，当符合开关条件时，又切换到温度预估PID控制器调节。这样实现了PID预估控制和模糊控制的有机结合。在一段时间里，应使用模糊控制对未建模系统进行有效控制，在误差减小到一定值后，这时再切换到温度预估PID控制器调节。预测控制即将系统输出变化率和控制量的变化率作为对象模型的输出和输入,故灵敏度高,

8、输入量和输出量的微小变化都能明显的反映出来。模糊控制技术的突出优点主要在于不依赖系统的数学模型，对系统参数变化不敏感。当出现较大误差时，可以把系统从很大的偏差中拉回来，这就提高了系统的响应速度。同时，对于大偏差，模糊控制也可以满足控制精度要求。在处理异常情况时，它摒弃的不是精确，而是一种工程上无意义的精确。它可以使系统达到较高的控制品质。利用Fuzzy逻辑控制与温度预估和智能PID相结合的复合控制方法，分段调节，很好地解决了温度大滞后系统温度难于控制的问题，到达精调节段后，温度曲线很平稳，确保了生产的顺利进行。3 应用实例在生产实际应用中用PID控制器用于控制多个化学液槽中的温度，使多个化学槽

9、中的化学液达到温度设定温度并且温度均匀。是系统满足生产的需要。此系统的组成和工作原理图如图2所示。图2 系统组成和工作原理为了满足生产的需要，在控制温度的每个阶段采用不同的控制方法，被控对象的温度曲线如图3所示。图3 被控对象的温度曲线图4 结论 我们将专家经验和PID控制思想，通过模糊控制去实现。这种控制方法将各种不同的方法有层次地结合起来，很好地满足了大滞后系统高精度控温与快速性的要求。各种方法都有自己适用的范围，只有运用得当才会显示这种控制方法的优势，以达到良好的控制品质。我们把这种控温方法用于多槽化学处理液中，控制槽内液体温度，满足了生产的需要，降低了废品率。本文介绍的这种控温方法可以广泛地应用于高精度的控温系统中。参考文献1 王伟，张晶涛，