一种电加热功率闭环控制方法技术

本发明专利技术是一种电加热功率闭环控制方法，本方法可以按用户需要的数值进行恒电功率加热，且在外加电压波动、电加热管特性发生变化的情况下，仍能保持较高调节精度。本方法通过计算机编程接收用户的加热功率实际需要，通过串口对数字电表实时测得的实时耗电量进行采样，并根据采样周期经过计算转换成平均功率，转换完成后计算机把用户需要的功率值与实时采样的功率值通过网络下传给微控制器，微控制器接收到这两个数值后，对二者进行比较，根据比较的结果调节可控硅调压器输出电压值的大小，以维持加热管消耗的电功率恒定，从而实现电加热功率的闭环控制。本发明专利技术实现了电加热功率的闭环控制，电加热装置具有响应快、灵敏度高、抗干扰能力强等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，本方法可以按用户需要的数 值进行恒电功率加热，且在外加电压波动、电加热管特性发生变化的情况下， 仍能保持较高调节精度。
技术介绍
在某些需要按用户需要的数值进行恒电功率加热的场合，传统方法是开 环控制，即电加热器的功率输出值和控制器输入端之间不存在反馈联系。这 种方法在外加电压波动、电加热管特性发生变化的情况下，输出的功率值波 动大，控制精度难以保证。因此，有必要利用先进的计算机控制技术对传统 的恒电功率加热方法进行改进，提高电加热功率的控制精度与抗干扰能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种电加热功率闭环 控制方法，通过电加热功率的过程控制、电量信号的采集与处理、电加热管 交流电压调节三个环节的整合，来实现电加热功率的闭环控制。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。本方法通过计算机编程 接收用户的加热功率实际需要，通过串口对数字电表实时测得的实时耗电量 进行采样，并根据采样周期经过计算转换成实测功率，转换完成后计算机把 用户需要的功率值与实时采样的功率值通过控制网络下传给微控制器，微控 制器接收到这两个数值后，对二者进行比较，根据比较的结果调节可控硅调 压器输出电压值的大小，以维持加热管消耗的电功率恒定，从而实现电加热 功率的闭环控制。以下对本专利技术方法作进一步的说明，具体步骤如下-1)启动数字电表，给可控硅调压器外加交流电压，使微控制器工作在开环工作状态，直接设置微控制器D/A输入数字量大小，并通过数字电表测量一个采样周期内相应的平均功率大小，通过不断改变微控制器D/A输入数 字量大小的方法，并利用excel自带的曲线拟合功能，获得平均功率与控制 器D/A输入数字量之间的对应函数关系，为了提高拟合精度，取三次多项式 拟合；2) 启动数字电表，给可控硅调压器外加交流电压，使微控制器工作在闭 环工作状态，将设定功率值输入计算机；3) 计算机通过控制网络把设定功率值下传给微控制器，微控制器接收到 设定功率值改变的信息后，按照步骤l)测得的函数关系，经过程序计算输出 相应的数字量给微控制器的D/A模块，D/A模块(模数转换模块)输出相应的 模拟量给可控硅调压器，可控硅调压器把此模拟量转换成交流电压值对电加 热管进行加热，同时，数字电表对电加热管所消耗的电量进行实时采集，并 通过串口将实时消耗的电量值输入计算机；4) 在计算机程序控制下，将由数字电表输入的电量值根据采样周期经过 计算转换成采样周期内的实测平均功率，并在采样周期到来时刻通过控制网 络下传给微控制器；5) 微控制器接收到实测功率值后，在微控制器程序控制下，将实测功率 值与设定功率值进行比较，根据实测功率值与设定值的比较结果，对微控制 器D/A模块的输入数字量进行调节，调节的大小按照比例积分数字控制的算 式获得，即u(k)二u(k-1) + Ju(k)，」u(k)=Kp+Kie(k)，式中的 u(k)为k时刻输入数字量大小，u(k-l)为k-l时刻输入数字量大小，」u(k) 为k时刻输入数字量的增加量，e(k)为k时刻设定功率值与实测功率值的差， e(k-l)为k-l时刻设定功率值与实测功率值的差，Kp为比例积分算式的比例系 数，Id为比例积分算式的积分系数；这样就实现了对交流电压值进行调节，控 制电加热管的加热量。本专利技术测量电加热耗电量所使用的数字电表应具有与计算机通过串口直 接通讯或通过RS485-RS232转换模块通讯的能力。本专利技术通过电加热功率的过程控制、电量信号的采集与处理、电加热管 交流电压调节三个环节的整合，实现了电加热功率的闭环控制。 附图说明图1是该方法应用系统结构框图； 图2是该方法实现的流程图。 具体实施例方式结合本专利技术的内容提供以下实施例基于方法的装置由计算机、LonWorks总线控制器、LonWorks网络适配器 (PCLTA-20)数字电表、RS485-RS232转换模块、交流可控硅调压器、电加热 管组成。数字电表的电压输入端接三相交流电，数字信号输出端通过 RS485-RS232转换模块与计算机串口连接，电加热管的电压输入端通过交流可 控硅调压器与三相交流电连接，LonWorks总线控制器的通讯网络接口通过安 装在计算机中的LonWorks网络适配器与计算机连接，可控硅调压器的0-10V 模拟电压输入端口与LonWorks总线控制器的0-10V模拟电压输出端口连接。 使微控制器工作在开环工作状态，即微控制器不接收计算机下传的设定功 率值作为控制输出的依据，而由计算机在各个采样时刻直接设置微控制器D/A 输入数字量大小，并通过LonWorks控制网络下传给微控制器。微控制器根据 这个输入数字量输出相应的0 10V模拟量给可控硅调压器，可控硅调压器把 此模拟量转换成三相交流电压值对电加热管进行加热。同时通过数字电表测 量一个采样周期内相应的平均功率大小。通过不断改变微控制器D/A输入数 字量大小的方法，并利用电子表格软件Excel 2002的图表向导功能，在图表 类型中选择XY散点图，在生成的XY散点图中添加趋势线，为了提高拟合精 度，在类型中选择多项式，并设置阶数为3，在选项中选中显示公式，确认后， 拟合曲线以及相应的拟合公式就可以获得。这个拟合公式就是采样周期内的 平均功率与控制器D/A输入数字量之间的对应函数关系。如图2所示，使微控制器工作在闭环工作状态(其连接关系如图1所示)，将设定功率值输入计算机，计算机通过LonWorks网络适配器的连接，通过 LonWorks控制网络把设定功率值下传给LonWorks总线控制器，LonWorks总 线控制器接收到设定功率值改变的信息后，按照开环控制测得的函数关系， 经过程序计算输出相应的数字量给LonWorks总线控制器的D/A模块，D/A模 块输出相应的0 10V模拟量给可控硅调压器，可控硅调压器把此模拟量转换 成三相交流电压值对电加热管进行加热，同时，数字电表对电加热管所消耗 的电量进行实时采集，经RS485-RS232转换模块进行电量信号转换，再通过 串口将实时消耗的电量值输入计算机。在计算机程序控制下，记录并保存本次采样时刻由数字电表输入的电量， 减去上一个采样时刻保存的由数字电表输入的电量，这样可以得到采样周期 内消耗的电量，用这个电量除以采样周期的长度，就可以得到这个采样周期 内的实测平均功率，并在采样时刻通过LonWorks控制网络下传给LonWorks 总线控制器。LonWorks总线控制器接收到实测功率值后，在微控制器程序控 制下，将实测功率值与设定功率值进行比较，根据实测功率值与设定值的比 较结果，对微控制器D/A模块的输入数字量进行调节，调节的大小按照比例 积分数字控制的算式获得，即<formula>formula see original document page 7</formula>微控制器D/A模块 根据新的输入数字量，转换成0-10V的模拟电压输出给与之相连接的可控硅 调压器，可控硅调压器根据模拟电压的大小，调节加在电加热管上的三相交 流电压值，从而实现电加热功率闭环控制。权利要求1、，其特征在于，具体包括以下步骤1)启动数字电表，给可控硅调压器外加交流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电加热功率闭环控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：　１）启动数字电表，给可控硅调压器外加交流电压，使微控制器工作在开环工作状态，直接设置微控制器Ｄ／Ａ输入数字量大小，并通过数字电表测量一个采样周期内相应的平均功率大小，通过不断改变微控制器Ｄ／Ａ输入数字量大小的方法，利用曲线拟合方法获得平均功率与控制器Ｄ／Ａ输入数字量之间的对应函数关系；　２）启动数字电表，给可控硅调压器外加交流电压，使微控制器工作在闭环工作状态，将设定功率值输入计算机；　３）计算机通过控制网络把设定功率值下传给微控制器，微控制器接收到设定功率值改变的信息后，按照步骤１）测得的函数关系，经过计算输出相应的数字量给微控制器的Ｄ／Ａ模块，Ｄ／Ａ模块输出相应的模拟量给可控硅调压器，可控硅调压器把此模拟量转换成交流电压值对电加热管进行加热，同时，数字电表对电加热管所消耗的电量进行实时采集，并通过串口将实时消耗的电量值输入计算机；　４）计算机将由数字电表输入的电量值根据采样周期经过计算转换成采样周期内的实测平均功率，并通过控制网络下传给微控制器；　５）微控制器接收到实测功率值后，在微控制器程序控制下，将实测功率值与设定功率值进行比较，根据实测功率值与设定值的比较结果，对微控制器Ｄ／Ａ模块的输入数字量进行调节，使电加热管的实际功率值与设定功率值一致。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞华，王普，张亚庭，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]