基于PID控制的黑体热源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于PID控制的黑体热源系统。其包括发热子系统，用于将电能转换为热能，产生设置的目标温度；及控制子系统，用于采用PID控制方法对发热子系统的温度进行控制。本发明专利技术利用人机交互单元设置发热体的目标温度，再通过温度检测单元实时检测发热体的温度，并利用微处理单元根据发热体的温度采用PID控制方法进行处理，最后利用温度控制单元对发热体的温度进行控制，从而提供标准的温度标定，结构简单、携带方便，无需添加额外的散热装置对温度进行控制，加热效率及精度得到了极大的提高，并且不受环境影响。

【技术实现步骤摘要】
基于PID控制的黑体热源系统
本专利技术属于电加热
，尤其涉及一种基于PID控制的黑体热源系统。
技术介绍
随着工业工艺技术的发展，对设备工艺参数的精确度要求越来越严格，尤其是对温度的控制，温度的控制不仅直接影响着产品的工艺质量，而且关系到设备能否安全有效的运行和人员的生命财产安全。目前铁路列检作业的轴温检查自动化是通过红外线轴温探测系统来实现的，红外线轴温探测系统是确保铁路车辆安全运行的重要设备，该系统的测验是由专用红外线检测车定期(月，季、半年等)巡检检定，而在平常对红外线轴温探测设备进行日、周检中，系统工作是否保证准确，关键的问题是标准温度源，要做好对设备进行校验，就需要一种携带方便、不受环境影响的标准温度标定源，使之可经常性地对红外轴温探测系统进行测校，使系统保持准确运行，并与红外线检测车的标准温度源相匹配。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本专利技术提出了一种基于PID控制的黑体热源系统。本专利技术的技术方案是：一种基于PID控制的黑体热源系统，包括：发热子系统，用于将电能转换为热能，产生设置的目标温度；所述发热子系统包括底座、发热体及发热膜；所述发热体及发热膜用于将电能转换为热能，构成发热结构；所述底座用于固定发热结构；控制子系统，用于采用PID控制方法对发热子系统的温度进行控制；所述控制子系统包括微处理单元、温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元，所述微处理单元分别与温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元连接；所述微处理单元用于接收温度检测单元和人机交互单元发送的数据并采用PID控制方法进行处理，再根据处理结果发送控制信号至温度控制单元；所述温度检测单元用于实时采集发热体的温度数据，并将温度数据发送至微处理单元；所述温度控制单元用于根据微处理单元发送的控制信号对发热体的温度进行控制；所述人机交互单元输入外部指令对加热目标温度进行设置。进一步地，所述发热子系统还包括隔热棉及盖板；所述隔热棉用于将发热膜进行隔离；所述盖板用于与底座形成封闭结构；所述发热体、发热膜和隔热棉由下及上依次设置于底座内腔中。进一步地，所述发热子系统通过隔板与控制子系统连接。进一步地，所述控制子系统还包括与微处理单元连接的显示单元；所述显示单元用于实时显示人机交互单元设置的加热温度，以及温度检测单元实时采集的发热体的温度数据。进一步地，所述控制子系统还包括电源单元和电池单元；所述电源单元用于分别向微处理单元、温度检测单元、温度控制单元、人机交互单元及显示单元供电；所述电池单元用于存储电能。进一步地，所述控制子系统还包括与微处理单元连接的电源管理单元；所述电源管理单元用于控制控制子系统的通断电。进一步地，所述控制子系统还包括与微处理单元连接的电池电量检测单元；所述电池电量检测单元用于实时检测电池单元的存储电量数据，并发送至微处理单元。进一步地，所述控制子系统还包括与微处理单元连接的电池充电管理单元；所述电池充电管理单元用于对电池单元进行充电。进一步地，所述控制子系统还包括与微处理单元连接的电池温度检测单元；所述电池温度检测单元用于实时采集电池单元的温度数据，并发送至微处理单元。进一步地，所述PID控制方法的控制模型具体为：u(k)＝Kpe(k)+KIe(i)+KD[e(k)-e(k-1)]其中，Kp为比例调节系数，KI为积分时间常数，KD设置为0。本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于PID控制的黑体热源系统利用人机交互单元设置发热体的目标温度，再通过温度检测单元实时检测发热体的温度，并利用微处理单元根据发热体的温度采用PID控制方法进行处理，最后利用温度控制单元对发热体的温度进行控制，从而提供标准的温度标定，结构简单、携带方便，无需添加额外的散热装置对温度进行控制，加热效率及精度得到了极大的高，并且不受环境影响。附图说明图1是本专利技术的基于PID控制的黑体热源系统结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，为本专利技术的基于PID控制的黑体热源系统结构示意图。一种基于PID控制的黑体热源系统，包括：发热子系统，用于将电能转换为热能，产生设置的目标温度；所述发热子系统包括底座、发热体及发热膜；所述发热体及发热膜用于将电能转换为热能，构成发热结构；所述底座用于固定发热结构；控制子系统，用于采用PID控制方法对发热子系统的温度进行控制；所述控制子系统包括微处理单元、温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元，所述微处理单元分别与温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元连接；所述微处理单元用于接收温度检测单元和人机交互单元发送的数据并采用PID控制方法进行处理，再根据处理结果发送控制信号至温度控制单元；所述温度检测单元用于实时采集发热体的温度数据，并将温度数据发送至微处理单元；所述温度控制单元用于根据微处理单元发送的控制信号对发热体的温度进行控制；所述人机交互单元输入外部指令对加热目标温度进行设置。本专利技术的发热子系统采用发热体和发热膜共同构成发热结构；底座包括底板和四周侧壁，形成凹槽结构，底板中部设有通孔；本专利技术的发热体和发热膜构成的发热结构固定安装在底座的凹槽内；为了避免发热结构产生的热量对本专利技术的器件造成损坏，本专利技术的发热子系统还包括隔热棉；所述隔热棉设置在发热膜表面，用于将发热膜进行隔离；进一步地，为了将发热结构产生的热量进行隔离，本专利技术还包括盖板；所述盖板与底板的四周侧壁进行扣合，用于与底座形成封闭结构；所述发热体、发热膜和隔热棉由下及上依次设置于底座内腔中。本专利技术的控制子系统用于采用PID控制方法对发热子系统的温度进行控制，该功能采用设置在电路板上的控制电路实现。本专利技术的控制子系统与发热子系统通过隔板固定连接。本专利技术的控制子系统包括微处理单元、温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元。本专利技术的微处理单元用于接收温度检测单元和人机交互单元发送的数据并采用PID控制方法进行处理，再根据处理结果发送控制信号至温度控制单元，该功能的实现可以采用32位STM32F103RCT6单片机，或其他如DSP单元等数据处理芯片。微处理单元分别设置有MCU时钟信号接口、微处理复位信号接口、加热电压采集信号接口、电池电压采集信号接口、电池温度采集信号接口、环境温度采集信号接口、开关机检测终端输入信号接口、电池正在充电标记信号接口、电池完成充电标记信号接口、工作模式设置信号接口、加热PWM信号接口、显示控制信号接口、电池充电选择信号接口、电池高温停止充电信号接口、软件关机信号接口、程序状态指示灯信号接口、232串口信号接口、按键输入信号接口、黑体温度采集信号接口。本专利技术中的PID控制方法的控制模型具体为：u(k)＝Kpe(k)+KIe(i)+KD[e(k)-e(k-1)]其中，Kp为比例调节系数，KI为积分时间常数，KD设置为0。比例调节系数Kp的设置方法具体为：首先去掉PID控制模型的积分项和微分项，即令KI＝0、KD＝0，使PID控制方法为纯比例调节；输入比例调节系数设定为系统允许的最大值的60％～70％，由0逐渐加大比例调节系数Kp，直至系统出现振荡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PID控制的黑体热源系统，其特征在于，包括：发热子系统，用于将电能转换为热能，产生设置的目标温度；所述发热子系统包括底座、发热体及发热膜；所述发热体及发热膜用于将电能转换为热能，构成发热结构；所述底座用于固定发热结构；控制子系统，用于采用PID控制方法对发热子系统的温度进行控制；所述控制子系统包括微处理单元、温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元，所述微处理单元分别与温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元连接；所述微处理单元用于接收温度检测单元和人机交互单元发送的数据并采用PID控制方法进行处理，再根据处理结果发送控制信号至温度控制单元；所述温度检测单元用于实时采集发热体的温度数据，并将温度数据发送至微处理单元；所述温度控制单元用于根据微处理单元发送的控制信号对发热体的温度进行控制；所述人机交互单元输入外部指令对加热目标温度进行设置。

【技术特征摘要】
1.一种基于PID控制的黑体热源系统，其特征在于，包括：发热子系统，用于将电能转换为热能，产生设置的目标温度；所述发热子系统包括底座、发热体及发热膜；所述发热体及发热膜用于将电能转换为热能，构成发热结构；所述底座用于固定发热结构；控制子系统，用于采用PID控制方法对发热子系统的温度进行控制；所述控制子系统包括微处理单元、温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元，所述微处理单元分别与温度检测单元、温度控制单元及人机交互单元连接；所述微处理单元用于接收温度检测单元和人机交互单元发送的数据并采用PID控制方法进行处理，再根据处理结果发送控制信号至温度控制单元；所述温度检测单元用于实时采集发热体的温度数据，并将温度数据发送至微处理单元；所述温度控制单元用于根据微处理单元发送的控制信号对发热体的温度进行控制；所述人机交互单元输入外部指令对加热目标温度进行设置。2.如权利要求1所述的基于PID控制的黑体热源系统，其特征在于，所述发热子系统还包括隔热棉及盖板；所述隔热棉用于将发热膜进行隔离；所述盖板用于与底座形成封闭结构；所述发热体、发热膜和隔热棉由下及上依次设置于底座内腔中。3.如权利要求2所述的基于PID控制的黑体热源系统，其特征在于，所述发热子系统通过隔板与控制子系统连接。4.如权利要求3所述的基于PID控制的黑体热源系统，其特征在于，所述控制子系统还包括与微处理单元连接的显示单元；所述显示单元用于实时显示人机交互...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，
申请(专利权)人：成都森川科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51