一种小振幅快速温度控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于自动控制领域，具体公开了一种小振幅快速温度控制装置及方法。该方法包括：获取被控对象的实时温度，并记录被控对象的初始温度；响应于初始温度小于相关于目标温度的设定温度，加热被控对象；记录加热过程中的最小温度；以及响应于实时温度大于最小温度与浮动值之和，停止加热被控对象。本发明专利技术可以使被控对象的温度快速地接近目标温度，并有效地减小控制过程中的温度超调量。

【技术实现步骤摘要】
一种小振幅快速温度控制装置及方法
本专利技术属于自动控制领域，具体涉及一种小振幅快速温度控制装置，以及一种小振幅快速控制温度的方法。
技术介绍
在自动控制领域，通常采用PID闭环控制的方式来控制被控对象的温度。在温度控制系统中，控制对象(温度)的数学模型一般可近似为带纯滞后的一阶惯性环节，可用以下公式表示：式中：Kw为对象增益；L为对象纯滞后时间；T为对象时间常数；S为拉普拉斯变换的复变量。现有的PID整定方法大都采用位式(On-Off)振荡法，其整定过程如图1所示，被控对象的温度起伏较大，且整定过程也相对较长。在现有的位式(On-Off)振荡法的整定过程中，为了相对准确地计算出闭环控制的PID参数，必须放弃第一个超调波形，根据第二个完整波形的开关时间Ton和Toff，以及测量值变化的峰-峰值ΔPVpp，才能近似计算出比例度P；再根据计算出的对象纯滞后时间L，才能得出积分时间Ti和微分时间Td。现有的位式(On-Off)振荡法必须要截取2～3个温度振荡波形，才能相对准确地计算出闭环控制的PID参数。这种方法虽然简单，但是其控制温度的过渡过程存在耗时太长，且温度超调量过大的缺陷。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。为了解决现有的温度控制方法过渡过程太长，且温度超调量过大的技术问题，本专利技术提供了一种小振幅快速温度控制装置，以及一种小振幅快速控制温度的方法。通过采用本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置，或上述小振幅快速控制温度的方法，可以使被控对象的温度快速地接近目标温度，并有效地减小控制过程中的温度超调量。本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置，可以获取被控对象的实时温度，并记录被控对象的初始温度；响应于上述初始温度小于相关于目标温度的设定温度，加热被控对象；记录加热过程中的最小温度；以及响应于实时温度大于上述最小温度与浮动值之和，停止加热被控对象。优选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述响应于上述初始温度小于预设的设定温度，加热被控对象，还可以包括：响应于上述初始温度小于上述设定温度，且大于辅助设定值，加热被控对象，上述辅助设定值小于上述设定温度。优选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述温度控制装置还可以记录停止加热后的最大温度；响应于实时温度小于上述最大温度与上述浮动值之差，判定自整定过程结束；根据上述停止加热被控对象的时间Lr1、上述停止加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV1、上述加热被控对象的时间Lr2，以及上述加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV2，计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数；以及根据上述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，以及控制偏差，进行PID控制。可选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述温度控制装置也可以响应于上述初始温度大于上述设定温度，且实时温度小于上述设定温度，以上述实时温度重新记录上述初始温度。可选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述响应于上述初始温度小于预设的设定温度，加热被控对象，还可以包括：响应于上述初始温度小于辅助设定值，初次加热被控对象，上述辅助设定值小于上述设定温度；响应于实时温度大于上述辅助设定值与上述浮动值之和，初次停止加热被控对象；记录初次停止加热后的最大温度；以及响应于实时温度小于上述最大温度与上述浮动值之差，加热被控对象。优选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述温度控制装置还可以响应于实时温度大于上述最小温度与浮动值之和，判定自整定过程结束；根据上述初次停止加热被控对象的时间Lr1、上述初次停止加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV1、上述加热被控对象的时间Lr2，以及上述加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV2，计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数；以及根据上述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，以及控制偏差，进行PID控制。可选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述设定温度的取值可以为被控对象的目标温度与上述浮动值的差。可选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述辅助设定值的取值可以为上述设定温度的70％-80％，或比上述设定温度低30-40℃。可选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述浮动值可以指示上述小振幅快速控制温度的方法的控制不灵敏范围，上述浮动值的取值可以为上述小振幅快速温度控制装置的控制范围的0.2-0.5％。优选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，可以包括：Pr＝1.2×(ΔPV1+ΔPV2)；Ti＝2×Lr；Td＝0.5×Lr，其中，上述Lr为参考纯滞后时间，Lr＝(Lr1+Lr2)/2。优选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速温度控制装置中，上述计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，还可以包括：以修正系数对上述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数进行修正，上述修正系数的取值正相关于上述测量值的振荡幅度或上述比例度Pr的参数；上述根据上述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，进行PID控制，还可以进一步包括：根据修正后的比例度、修正后的积分时间和修正后的微分时间的参数，进行PID控制。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种小振幅快速控制温度的方法，包括：获取被控对象的实时温度，并记录被控对象的初始温度；响应于上述初始温度小于相关于目标温度的设定温度，加热被控对象；记录加热过程中的最小温度；以及响应于实时温度大于上述最小温度与浮动值之和，停止加热被控对象。优选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速控制温度的方法中，上述响应于上述初始温度小于预设的设定温度，加热被控对象，还可以包括：响应于上述初始温度小于上述设定温度，且大于辅助设定值，加热被控对象，上述辅助设定值小于上述设定温度。优选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速控制温度的方法中，还可以包括：记录停止加热后的最大温度；响应于实时温度小于上述最大温度与上述浮动值之差，判定自整定过程结束；根据上述停止加热被控对象的时间Lr1、上述停止加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV1、上述加热被控对象的时间Lr2，以及上述加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV2，计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数；以及根据上述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，以及控制偏差E，进行PID控制。可选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速控制温度的方法中，还可以包括：响应于上述初始温度大于上述设定温度，且实时温度小于上述设定温度，以上述实时温度重新记录上述初始温度。可选地，在本专利技术提供的上述小振幅快速控制温度的方法中，上述响应于上述初始温度小于预设的设定温度，加热被控对象，还可以包括：响应于上述初始温度小于辅助设定值，初次加热被控对象，上述辅助设定值小于上述设定温度；响应于实时温度大于上述辅助设定值与上述浮动值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置获取被控对象的实时温度，并记录被控对象的初始温度；响应于所述初始温度小于相关于目标温度的设定温度，加热被控对象；记录加热过程中的最小温度；以及响应于实时温度大于所述最小温度与浮动值之和，停止加热被控对象。

【技术特征摘要】
1.一种小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置获取被控对象的实时温度，并记录被控对象的初始温度；响应于所述初始温度小于相关于目标温度的设定温度，加热被控对象；记录加热过程中的最小温度；以及响应于实时温度大于所述最小温度与浮动值之和，停止加热被控对象。2.如权利要求1所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述响应于所述初始温度小于预设的设定温度，加热被控对象，还包括：响应于所述初始温度小于所述设定温度，且大于辅助设定值，加热被控对象，所述辅助设定值小于所述设定温度。3.如权利要求2所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置还记录停止加热后的最大温度；响应于实时温度小于所述最大温度与所述浮动值之差，判定自整定过程结束；根据所述停止加热被控对象的时间Lr1、所述停止加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV1、所述加热被控对象的时间Lr2，以及所述加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV2，计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数；以及根据所述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，以及控制偏差，进行PID控制。4.如权利要求1所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置响应于所述初始温度大于所述设定温度，且实时温度小于所述设定温度，以所述实时温度重新记录所述初始温度。5.如权利要求1所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述响应于所述初始温度小于预设的设定温度，加热被控对象，还包括：响应于所述初始温度小于辅助设定值，初次加热被控对象，所述辅助设定值小于所述设定温度；响应于实时温度大于所述辅助设定值与所述浮动值之和，初次停止加热被控对象；记录初次停止加热后的最大温度；以及响应于实时温度小于所述最大温度与所述浮动值之差，加热被控对象。6.如权利要求5所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置还响应于实时温度大于所述最小温度与浮动值之和，判定自整定过程结束；根据所述初次停止加热被控对象的时间Lr1、所述初次停止加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV1、所述加热被控对象的时间Lr2，以及所述加热被控对象时间内的温度变化量ΔPV2，计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数；以及根据所述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，以及控制偏差，进行PID控制。7.如权利要求1-6中任一项所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述设定温度的取值为被控对象的目标温度与所述浮动值的差。8.如权利要求1-6中任一项所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述辅助设定值的取值为所述设定温度的70％-80％，或比所述设定温度低30-40℃。9.如权利要求1-6中任一项所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述浮动值指示所述小振幅快速控制温度的方法的控制不灵敏范围，所述浮动值的取值为所述小振幅快速温度控制装置的控制范围的0.2-0.5％。10.如权利要求3或6所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，包括：Pr＝1.2×(ΔPV1+ΔPV2)；Ti＝2×Lr；Td＝0.5×Lr，其中，所述Lr为参考纯滞后时间，Lr＝(Lr1+Lr2)/2。11.如权利要求10所述的小振幅快速温度控制装置，其特征在于，所述计算比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，还包括：以修正系数对所述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数进行修正，所述修正系数的取值正相关于所述测量值的振荡幅度或所述比例度Pr的参数；所述根据所述比例度Pr、积分时间Ti和微分时间Td的参数，进行PID控制，进一步包括：根据修正后的比例度、修正后的积分时间和修正后的微分时间的参数，进行PID控制。12.一种小振...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德国，王健安，杨先斌，詹丽萍，
申请(专利权)人：上海亚泰仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31