基于PID算法的高精度温度控制系统.pdf

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基于PID算法的高精度温度控制系统w础：PID：11Igh3系统的硬件设计1前言2测试系统结构TemperatureSystemThermallmager张宝伟(中国电子科技集团第4l研究所，安徽蚌埠233006)^b●n峨：In温度的测最与控制在围防、军事、科学实验及丁农业生产中具有十分重要的作用。温度的测量方法大致分为接触法和非接触法。接触式测温法中，热电偶、热电阻温度计应用广泛，该方法设备简单，操作方便，但在连续生产的在线质量检测中存在使用局限。非接触测温法主要以辐射测温法为主，用于检测不能接触或禁止接触的目标。由于红外热成像系统靠温差成像，测试其温差变化就显得非常重要，本文介绍的测控系统结构简单、控制精确达到0．1℃，达到了系统的设计要求。图1结构框图系统的结构原理如图1所示。利用铂电阻阻值随温度变化的特性，通过温度采集电路将温度值转换成对应的电压信号，经过信号调理变成符合AD芯片规范的信号，控制单元对输入的温度信号处理后得到控制温度的PWM信号和相应的显示值；和上位机通讯实现中远距离的监控，为防止掉电数据损失，将修正数据和关键参数保存到外部存储电路中。温度采集AD电路：铂电阻具有精度高、性能稳定、应用范围广，在温度测量中常常作为传感器的首选。本测控系统的测温范围一50～+70，选用Ptl00作为传感器。通过独立电源对测温电桥和AD芯片供电。从测温电桥得到的温度信号经滤波后通过模拟开关送给AD芯片，测试系统的精度很大程度上取决于AD转换的精度，”精确、干净”的数字信号使后续处理变得非常容易，系统中采用了24位的CS5550AD芯片。图2温度采集AD电路PICl6F873A单片机作为系统的丰控制器，是整个系统的核心，单片机根据采集来的温度电压信号计算出温度偏差，依据PID算法算出相虚的控制输出量，继而控制外部的加热制TestofAccurateInfraredBasedPID摘要：为了保证热像仪的成像精度，其温度变化有着非常严格的要求。本文阐述了系统的1：作原理、硬件结构和软件设计框架。通过测试。测试系统的控制精度在0．1℃优于系统的设计要求．该测试系统具有广泛的应用价值。关键词：PID算法；温度；微控制器中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1003-0107(2010)08-0016-03pmBⅫ1．rrucro-controller鼋●詹{onBao-weif11leB％gbu233006)to∞sureOo删哪—nZhang41stresearchInstituteofCETC，Anhuitr塘rmalimager．vmlehtemperatureWesystemthermalimagerf“ensuresoftwareframeWithmeasurement．the02"Creque越dimportantCLCnⅢnb-：TP273eedl：B^—●d●ID：1003—0107(2010)08—0016—03orderpfectsg，ninfrared8triGlwtthchangedeveloptestaccuracyct、angeThisarticleex，oatiatespnnciplehard-wareandcontrolprecisK)ntestingis±0whichisbetterthandesignThehasapplicationvalue．Key18
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G(s)=器表1、2,3所示。—]"F转26页libAu(k)=“[e伥)部-1)]+}e(I【卜}[e(k)一2e(1【一1)+e(k’2)])(3)4软件设计5系统的测试式(1)中，K——系统的静态增益；L——系统的时间常数；下——对象的纯滞后时间常数。uk=Kpe(k)+Ki乞e(i)+Kd【e(k)一e(I【一1)】测试测量技术冷半导体，从而实现对系统的温度控制。此外，单片机还负责按键处理，数值显示以及与上位机的通信等T作。该款芯片是MICROCHIP公司生产的支持R1SC的高性能8位单片机，35条精简指令构成的指令系统，给编程人员带来了’极大的方便。系统的片上硬件资源包括两路PWM输出，12C和USART接口和3个定时器等片上硬件资源。芯片包含8级硬件堆栈，内置看门狗定时器及独特的加密方式，使其在安全保密方面的性能非常出色。驱动电路：驱动电路采用继电器作为中间隔离驱动，由单片机输出控制信号，经过i极管的隔离处理，实现对外部加热制冷的方向控制。同时单片机的端几输出PWM控制信号，通过隔离放大后控制外部的PMOS管来控制外部电流，实现加热制冷的精确控制。图3PWM控制输出电路温控系统是非线性的、具有纯滞后的惯性系统，因此温控系统的受控对象叮用一阶惯性环节加延迟环节表示，其传递函数是：(1)软件的控制算法采