数字式PID温度调节器回路设计与应用.pdf

仪器仪表装置

文章编号：!’’!K//00L&’’(M’=K’’&’K’(

数字式#$%温度调节器回路设计与应用

王占成，孙德敏，吴刚，王嵩，陈薇
（中国科学技术大学自动化系，安徽合肥!"##!$）

摘要：介绍了一种先进的参数可调的数控、数显智能数字式!"#温度调节器的特点、性能、结
构原理。应用该调节器对梭式窑进行控制，取得了很好的效果。该调节器的性能价格比高，
有很大的发展前景。

关键词：调节器；数字式%&’调节器；设计；应用
中图分类号：$!%&’文献标志码：C

!引言采样外部输入。感温元件为-型热电偶，4-!:C&’测
现代控制领域中温度控制是最重要的课题之量室温，对热电偶输入做冷端补偿。DEA>?FG公司的
一。当今时代，对温度调节器尤其是高性能的温度专用键盘、显示器接口芯片D+2:&)/负责扫描键盘、
调节器，各行各业的需求与日俱增，然而国内生产驱动HI4。直流稳压隔离电源为模块供电，看门狗
的温控仪大多精度低，参数固定，对上位工控机依J&.’0.负责掉电保护并防止微处理器死机。:位
赖严重，可扩充性差。针对这种情况，研制开发了一C,4编码设定模块地址和传输波特率。继电器组控
种数字式234温度调节器，并在实际应用
中得到了良好的结果。

"调节器硬件结构、原理及功能
数字式234温度调节器原理结构如
图!所示。
主控系统是控制仪的中心单元，以
56789公司的:位微处理器:/,..;4为核
心，协调各个外围芯片的工作，<5+=!!=
作为它的扩展，存放重要的参数。2>?9?@A
公司的,5B总线收发器:&,&.’和-#5!’’
共同构成与上位工控机的通信电路。两
种和外加放大器负责
54))’(54=&’5B图!数字式#$%调节器硬件结构图

收稿日期：&’’(*’=*(’
作者简介：王占成（!/)/—），男，硕士研究生，研究方向为工业过程先进控制与优化，预测控制。
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可靠性，减少部分软件编程工作量，有利于缩短智［&］何立民%+,-*.!系列单片机应用系统设计——系统配置与接
能仪器仪表的开发周期。口技术［+］%北京：北京航空航天大学出版社，!//’%
［(］李维提，郭强%液晶显示应用技术［+］%北京：电子工业出版社，
&’’’%
参考文献：
［0］刘鲁源1陈宁1栾继军%微机化仪表通用键盘软件设计［#］%电
［!］世界仪器仪表的发展趋势"#$%仪器仪表与传感器%&’’(（!）：
子测量技术%!///（(）：0*)%!
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!"万方数据!"#$%&#’$()*(+#,"%-(#&#’$(.//0!1"
仪器仪表装置

制外接电机的正反转。（）（）
"!">#7"$N"OP#L$N"OP#,Q"$N"OR"$N"R!OS!
调节器的硬件结构特点如下：式中：（）为第次采样时刻的输出变化量；为
"!""#7
（!）系统使用遵守"#$%&’#协议的(%"%)’和调节器比例增益；为积分系数；为微分系数；
#L#,
芯片传送数据，系统通信有效、快速、可靠。
*+#!’’’$（"）为第"步偏差；"$（"）为第"步偏差与前一步偏
系统全数字化、全分散、全开放，所有遵守"#$%&’#差的差值。
协议的模块都可以方便地挂接在总线上。
如式（!）设计的控制系统，计算简单，使用方
（%）感温元件采用*型热电偶，其精度高，测温便，但是当设定值升降时会给系统带来冲击（超调
范围宽，使用方便，在工业控制中得到了广泛的使量过大，调节阀动作剧烈），为此，本调节器采用了
用。因热电偶输出电压和温度值是非线性关系，在
如图%所示的微分先行的HL,控制方案。它与标准
高精度温度调节中必须进行线性化处理，做大量复
HL,控制不同之处在于：只对被调量%（&）微分，不对
杂的浮点型运算，将大大增加微处理器的负担，而
偏差微分，也就是说对设定值（’&）无微分作用。微分
且精度得不到保障。本调节器采用反查表的方法，
先行HL,算式：
可快速、准确地得到温度值。,*!(-%’测量室温，对（）（）
"!">#7"$N"OP#L$N"OP#,Q"%N"OR"%N"R!OS%
热电偶测量值进行冷端补偿。
式中："%（"）为第"步温度采样值与前一步采样值的
（.）使用#/0123,456748公司的%’位#9,转换器差值。
#,::’.，基准电压为%&);，采样精度可以达到%&);<
=%’
%>%!;，就*型热电偶而言，%!;约为’&%?，该
精度可以满足绝大部分用户要求。
（@）看门狗A%)’@)负责掉电保护并防止微处理
器死机。外部B#CD!!D存放参数，可以随时更换，并
且在看门狗复位时数据不会丢失。这就保证了整个
模块安全可靠地工作。图#微分先行$%