適用于高真空環(huán)境的動態(tài)賦值pid加熱控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適用于高真空環(huán)境的動態(tài)賦值PID加熱控制系統(tǒng)，涉及高真空環(huán)境下材料加熱的過程控制領(lǐng)域，它是為解決高真空環(huán)境下加熱過程的超調(diào)溫度過高問題而提出的。在傳統(tǒng)PID加熱控制系統(tǒng)中增加了動態(tài)賦值運算器，實現(xiàn)了對PID控制器的多次、動態(tài)的賦值，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)的反饋溫度和設(shè)定的目標溫度值，所賦的中間目標溫度值由賦值運算公式計算得出。變化的賦值溫度促使PID控制器參數(shù)根據(jù)動態(tài)的中間目標溫度迅速作出調(diào)整，及時對加熱功率進行調(diào)節(jié)，當(dāng)反饋溫度接近設(shè)定的加熱目標溫度時，能夠及時、快速的降低加熱功率，甚至停止加熱，充分利用了真空環(huán)境下物體的熱慣性，大幅降低了加熱控制過程的超調(diào)溫度。
【專利說明】
適用于高真空環(huán)境的動態(tài)賦值PID加熱控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及高真空環(huán)境下物體加熱的過程控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著比例-積分-微分（Proport ion-Integration-Differentiat ion，PID)控制理 論的出現(xiàn)，基于各種算法的PID控制器在許多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在溫度控制領(lǐng) 域，90%的加熱控制器是基于PID原理進行設(shè)計的。
[0003] 傳統(tǒng)的PID加熱控制系統(tǒng)如圖1所示，其工作原理是根據(jù)t時刻加熱對象的反饋溫 度，與給定的目標溫度想比較，以當(dāng)前的溫度誤差值作為PID控制器的輸入e(t)，由比例系 數(shù)如、積分時間常數(shù)7T;微分時間常數(shù)TO。得到PID控制器的輸出t/(t)
(1)
[0005] PID控制器的輸出t/(t)控制功率調(diào)節(jié)器的輸出功率，改變加熱器的加熱功率，使加 熱對象的溫度升高，控制器的反饋溫度值發(fā)生變化，溫度誤差值不斷變小，直至達到預(yù)設(shè)的 目標溫度。
[0006] 通常，為防止大氣環(huán)境下出現(xiàn)的高溫氧化現(xiàn)象，材料的高溫試驗必須在高真空的 保護環(huán)境下進行。雖然，模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、魯棒理論等控制原理的引入，涌現(xiàn)出很多改進 的PID控制算法，以適應(yīng)加熱過程的復(fù)雜性，滿足某些特殊環(huán)境下的加熱控制。但是，高真空 環(huán)境下物體的熱慣性大、變化規(guī)律復(fù)雜，傳統(tǒng)的PID控制方法經(jīng)常出現(xiàn)過高的溫度超調(diào)，容 易破壞試驗材料的結(jié)構(gòu)和性能。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 為抑制高真空環(huán)境下加熱過程產(chǎn)生的過高超調(diào)溫度，本實用新型提出了一種動態(tài) 賦值的PID加熱控制系統(tǒng)，其控制原理是根據(jù)當(dāng)前溫度反饋值與目標加熱溫度值之間的溫 度差，動態(tài)的改變PID溫控器賦值溫度，進而控制加熱器功率，完成對加熱對象加熱過程的 PID控制。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案，本實用新型的加熱控制系統(tǒng)包 括PID控制器、功率調(diào)節(jié)器、加熱器、加熱對象和溫度測量件，PID控制器通過功率調(diào)節(jié)器控 制加熱器的加熱功率，加熱器直接對加熱對象進行加熱處理，加熱對象上設(shè)有溫度測量件， 其結(jié)構(gòu)要點是:還包括動態(tài)賦值運算器，動態(tài)賦值運算器中預(yù)設(shè)目標溫度值，溫度測量件將 加熱對象的反饋溫度值反饋給動態(tài)賦值運算器中，動態(tài)賦值運算器經(jīng)過運算處理后賦值給 PID控制器。
[0009] 本實用新型的加熱控制方法是：目標溫度值先輸入至動態(tài)賦值運算器，由動態(tài)賦 值運算器根據(jù)當(dāng)前加熱對象的反饋溫度值計算出中間目標溫度值，再動態(tài)的賦值給PID控 制器，PID控制器根據(jù)動態(tài)變化的中間目標溫度值調(diào)解功率調(diào)節(jié)器的輸出功率，改變加熱器 的加熱功率，使加熱對象的溫度升高，動態(tài)賦值運算器接收到的反饋溫度值發(fā)生變化，溫度 誤差值不斷變小，直至達到預(yù)設(shè)的目標溫度。
[0010] 優(yōu)選地，加熱過程中動態(tài)賦值運算器對PID控制器進行多次、動態(tài)中間目標溫度值 的賦值。
[0011] 優(yōu)選地，隨著加熱對象溫度的不斷升高，當(dāng)反饋溫度值與目標溫度值之間的溫度 差值小于rc，動態(tài)賦值運算器輸出的中間目標溫度值等于目標溫度值，動態(tài)賦值運算器工 作停止，PID控制器將加熱對象的溫度穩(wěn)定在目標溫度值的溫度。
[0012] 優(yōu)選地，設(shè)被當(dāng)前加熱對象的反饋溫度值作為動態(tài)賦值運算器的輸入7\，目標加 熱溫度冗，則中間目標溫度值由動態(tài)賦值運算器中的賦值運算公式％ +議- 計算得到，式中#為動態(tài)賦值運算器的賦值次數(shù)，#〇，1，2……。
[0013] 本實用新型有益效果：
[0014] 與傳統(tǒng)的PID加熱控制方法不同，本實用新型在加熱控制系統(tǒng)中增加了動態(tài)賦值 運算器，實現(xiàn)了對PID控制器的多次、動態(tài)的賦值，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)的反饋溫度和設(shè)定的目標 溫度值，所賦的中間目標溫度值由賦值運算公式計算得出，變化的賦值溫度促使PID控制器 參數(shù)根據(jù)動態(tài)的中間目標溫度值迅速作出調(diào)整，及時對加熱功率進行調(diào)節(jié)，當(dāng)反饋溫度接 近設(shè)定的加熱目標溫度時，能夠及時、快速的降低加熱功率，甚至停止加熱，充分利用了真 空環(huán)境下物體的熱慣性，大幅降低了加熱控制過程的超調(diào)溫度。
【附圖說明】
[0015] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)PID加熱控制系統(tǒng)圖；
[0016] 圖2是本實用新型的動態(tài)賦值PID加熱控制系統(tǒng)圖；
[0017] 1-目標溫度值，2-動態(tài)賦值運算器，3-PID控制器，4-功率調(diào)節(jié)器，5-加熱器，6-加 熱對象，7-溫度測量件。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖2對本實用新型做進一步技術(shù)描述：
[0019] 如圖2所示，本實用新型包括PID控制器3、功率調(diào)節(jié)器4、加熱器5、加熱對象6和溫 度測量件7，PID控制器3通過功率調(diào)節(jié)器4控制加熱器5的加熱功率，加熱器5直接對加熱對 象6進行加熱處理，加熱對象6上設(shè)有溫度測量件7，還包括動態(tài)賦值運算器2，動態(tài)賦值運算 器2中預(yù)設(shè)目標溫度值1，溫度測量件7將加熱對象6的反饋溫度值反饋給動態(tài)賦值運算器2 中，動態(tài)賦值運算器2經(jīng)過運算處理后賦值給PID控制器3。
[0020] 本實用新型通過讀取當(dāng)前被加熱對象的反饋溫度值，并將其與設(shè)定的目標溫度值 進行比較，當(dāng)反饋溫度值小于目標溫度值，則動態(tài)賦值運算器啟動。
[0021] 動態(tài)賦值運算器的工作原理如下:設(shè)當(dāng)前被加熱對象的反饋溫度作為動態(tài)賦值運 算器的輸入71，根據(jù)目標加熱溫度fs，則動態(tài)賦值運算器的輸出71 +1為：
[0023] 式中#為動態(tài)賦值運算器的賦值次數(shù)，#〇，！，2……。
[0024] 賦值運算公式(2)計算出的7\+1作為中間目標溫度值輸入至PID控制器，調(diào)節(jié)加熱 對象的加熱功率;隨著加熱對象溫度的升高，不斷測量其反饋溫度，當(dāng)反饋溫度7^等于當(dāng)前 狀態(tài)下的中間目標溫度71+1，進入到下一次的動態(tài)賦值過程。
[0025] 隨著賦值次數(shù)i的增加，加熱對象的溫度逐步升高，與加熱的目標溫度逐漸接近， 中間目標溫度值的增量溫度值越來越近于〇，當(dāng)反饋溫度值等于目標溫度值，則動態(tài)賦值運 算器停止工作，此時，PID控制器的賦值溫度即為加熱的目標溫度值。
[0026] 本實用新型提出的動態(tài)賦值PID加熱方法通過對PID控制器的多次動態(tài)賦值，促使 PID控制器中PID調(diào)節(jié)參數(shù)根據(jù)動態(tài)變化的中間目標溫度迅速作出調(diào)整，及時對加熱器的加 熱功率進行調(diào)節(jié)，當(dāng)反饋溫度值接近設(shè)定的目標溫度值時，能夠及時、快速的降低加熱功 率，甚至停止加熱，充分利用了真空環(huán)境下物體的熱慣性，使加熱對象逐步達到設(shè)定目標加 熱溫度，有效避免了過高的溫度超調(diào)。
[0027] 本實用新型不局限于上述的優(yōu)選實施例，凡是與本實用新型具有相同或者相近似 的技術(shù)方案，均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.適用于高真空環(huán)境的動態(tài)賦值PID加熱控制系統(tǒng)，包括PID控制器、功率調(diào)節(jié)器、加熱 器、加熱對象和溫度測量件，PID控制器通過功率調(diào)節(jié)器控制加熱器的加熱功率，加熱器直 接對加熱對象進行加熱處理，加熱對象上設(shè)有溫度測量件，其特征在于:還包括動態(tài)賦值運 算器，動態(tài)賦值運算器中預(yù)設(shè)目標溫度值，溫度測量件將加熱對象的反饋溫度值反饋給動 態(tài)賦值運算器，動態(tài)賦值運算器經(jīng)過運算處理后賦值給PID控制器。
【文檔編號】G05B11/42GK205594335SQ201620118190
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年2月7日
【發(fā)明人】張宇峰, 賈志淳, 邢星, 劉安業(yè), 沈晶, 于占東
【申請人】渤海大學(xué)