一种参数自整定PID温度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种参数自整定PID温度控制方法，包括如下步骤：对整个系统进行数据初始化设置、检测系统内是否存在系统数据、根据判断情况进行相应的运算；最大加热温度前先进行自整定，并在系统存在历史数据后进入二次整定判断，再计算出二次整定目标温度Tsv2，与当前温度进行比较，若Tsv2大于当前温度，则符合条件，计算出Kv、Kctk、Kapt三个系数，利用自整定后的PID参数进行运算以得出一个控制周期内的PWM占空比；若Tsv2小于当前温度，则不符合则符合二次整定条件，然后利用第一次整定计算出的PID参数进行运算以得出一个控制周期内的PWM占空比，进而获得对加热功率的输出更快更精准的控制，方法之后有着精度更高，控温收敛速度更快，控温曲线更稳定的优点。控温曲线更稳定的优点。控温曲线更稳定的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种参数自整定PID温度控制方法


[0001]本专利技术涉及一种方法，特别是一种温度控制方法。

技术介绍

[0002]控制算法中的PID控制算法是各种工业控制的最主要控制方法之一；随着社会经济 的不断发展，人们生活质量的不断提高，对生活电器中的温度控制要求也在不断提高，这就 需要引入新的控制算法；由于传统的PID控制算法会结合被控对象的动态特性，其参数的调 整需要有经验的工程人员来进行调整，且参数调整之后不再变化，导致其使用和发挥空间受 到限制，多用于工业加热控制，不能很好地应用在需要中低精度温度控制环境中；随着温度 控制环境与需求因为社会经济发展而变的多样化，PID控制系统也出现了一些改进算法，如 Z-N自整定算法，模糊PID算法，这些算法较于传统的PID算法虽然提升了温度控制精度， 但是有着需要将整定好的参数固化与外部储存器、无法应对采样值发生跳动的不足之处，并 且这些算法具有较高的精度，但是同样需要较为灵敏的测温元件，配套的系统价格较为昂贵， 不适用于中低精度的测温环境。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种参数自整定PID温度控制方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种参数自整定PID温度控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、对整个系统进行数据初始化设置，设定加热目标温度值、控制周期、温度采样周 期；(2)、检测系统内是否存在系统数据，如果检测不存在系统数据，则全负载功率加热以提 高受控对象的温度至设定的目标温度值Tsv1，对受控对象进行温度采样，并进入步骤(3)； 如果检测存在系统数据则进入步骤(6)；(3)、根据所述步骤(2)中获得的受控对象温度采样值，结合采样周期计算温度滞后时间 Lag与一次整定最快加热速率Vmax1，进入步骤(4)；(4)、所述步骤(3)中的温度滞后时间Lag，一次整定最快加热速率Vmax1和温度采样值 进行PID参数的运算，得出PID参数，进入步骤(5)；(5)、所述步骤(4)得出的PID参数进行运算，调整负载对受控对象的加热功率输出，控 制温度，并返回所述步骤(2)；(6)、对系统数据进行判断是否符合二次整定的条件，判断条件是先计算出二次整定温度系 数Kt2，再计算二次整定目标温度Tsv2，与当前温度进行比较，若Tsv2大于当前温度，则 符合二次整定条件，进入步骤(7)；若Tsv2小于当前温度，则不符合则符合二次整定条件， 进入步骤(8)；(7)、进行二次整定，获取到二次升温速率与恒温时间Vmax2、Tctk2，同自整定时获取到 的Vmax1、Tctk1进行比值运算得出Kv、Kctk、Kapt三个系数，最终影响PID控制参数输 出运
算，对受控对象进行控制；(8)、系统数据不符合二次整定条件，则由所述步骤(4)获得PID控制参数输出运算，对 受控对象进行控制。。
[0005]优选地，所述步骤(3)得到被加热对象温度采样值，计算出一次整定最快加热速率 Vmax1和温度滞后时间Lag，一次整定最快加热速率Vmax1的计算公式为：V＝(Tb-Tc)/t,其 中Tc为一个采样周期前所测得受控对象的温度值，Tb为当前所测得的受控对象的温度值， Vmax1即为V的最大值；温度滞后时间Lag＝Tout/Vmax1；其中Tout为加热到目标温度后因 为温度惯性而导致的超温值。
[0006]优选地，所述步骤(4)中，根据计算出的一次整定最快加热速率Vmax1与温度滞后 时间Lag，由公式Kp＝Kp1/(Tout)、Ti＝Ti1*Lag、Td＝Td1*Lag计算出每个温度控制时间点 的PID参数，即比例系数Kp、积分系数Ti、微分系数Td。
[0007]优选地，所述PID参数计算的公式中的Kp1、Ti1、Td1为系数。
[0008]优选地，所述步骤(6)中,二整定温度系数Kt2计算公式为Kt2＝(Tsv1-Tout)/Tsv1， 其中Tsv1为系统最大工作温度的70％。
[0009]优选地，所述步骤(6)中二次整定目标温度Tsv2计算公式为Tsv2＝Tcur*Kt2。
[0010]优选地，所述步骤(7)中，系数Kv计算公式为Kv＝Vmax2/Vmax1,系数Kctk计算 公式Kctk＝Tctk2/Tctk1,Kapt＝Kv*Kctk。
[0011]优选地，所述步骤(8)中，在对积分增益Ti进行运算后，需对运算数据累计20次 数值进行刷新处理。
[0012]本专利技术的有益效果是：本方法在最大加热温度前先进行自整定，并在系统存在历史 数据后进入二次整定判断，再计算出二次整定目标温度Tsv2，与当前温度进行比较，若 Tsv2大于当前温度，则符合条件，计算出Kv、Kctk、Kapt三个系数，利用自整定后的PID 参数进行运算以得出一个控制周期内的PWM占空比；若Tsv2小于当前温度，则不符合则 符合二次整定条件，然后利用第一次整定计算出的PID参数进行运算以得出一个控制周期内 的PWM占空比，进而获得对加热功率的输出更快更精准的控制，从曲线结果来看，使用这 种方法之后相较传统PID算法控制有着精度更高，控温收敛速度更快，控温曲线更稳定的优 点。这使PID算法响应快的优势点可以在具有限制的硬件条件下得以发挥。同时由于二次整 定的存在，该算法的PID参数虽然具有初值，但是却会根据控制对象的控制效果进行调整， 在一定范围内灵活应对控制对象的变化。
附图说明
[0013]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0014]图1是本专利技术的方法流程图；图2是加热控制单元的电路原理图。
具体实施方式
[0015]“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位 或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不 是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能 理
Td1＝30000。
[0021]所述步骤(6)中,二整定温度系数Kt2计算公式为Kt2＝(Tsv1-Tout)/Tsv1，其中Tsv1 为系统最大工作温度的70％。
[0022]所述步骤(6)中二次整定目标温度Tsv2计算公式为Tsv2＝Tcur*Kt2。
[0023]所述步骤(7)中，系数Kv计算公式为Kv＝Vmax2/Vmax1,系数Kctk计算公式 Kctk＝Tctk2/Tctk1,Kapt＝Kv*Kctk；由于PID参数与加热对象和环境因素相关，在不同起始水 位及环境下，为了了解新的控热环境，于是进行二次整定的温度线判断，倘若当前温度低于 温度线则进行二次整定的参数获取，引入初次整定时加热一度所用恒温时间Tctk1与二次整 定的恒温时间Tctk2进行运算，得出对应控制系数，同样引入初次整定时的一次整定最快加 热速率Vmax1与二次升温速率Vmax2得出控制系数，根据比例单元积分单元微分单元对于 不同影响因素的敏感度区分作用，使系统在不同初始环境下调整参数适应输出。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种参数自整定PID温度控制方法，其特征在于包括如下步骤：（1）、对整个系统进行数据初始化设置，设定加热目标温度值、控制周期、温度采样周期；（2）、检测系统内是否存在系统数据，如果检测不存在系统数 据，则全负载功率加热以提高受控对象的温度至设定的目标温度值Tsv1，对受控对象进行温度采样，并进入步骤（3）；如果检测存在系统数据则进入步骤（6）；（3）、根据所述步骤（2）中获得的受控对象温度采样值，结合采样周期计算温度滞后时间Lag与一次整定最快加热速率Vmax1，进入步骤（4）；（4）、所述步骤（3）中的温度滞后时间Lag，一次整定最快加热速率Vmax1和温度采样值进行PID参数的运算，得出PID参数，进入步骤（5）；（5）、所述步骤（4）得出的PID参数进行运算，调整负载对受控对象的加热功率输出，控制温度，并返回所述步骤（2）；（6）、对系统数据进行判断是否符合二次整定的条件，判断条件是先计算出二次整定温度系数Kt2，再计算二次整定目标温度Tsv2，与当前温度进行比较，若Tsv2大于当前温度，则符合二次整定条件，进入步骤（7）；若Tsv2小于当前温度，则不符合则符合二次整定条件，进入步骤（8）；（7）、进行二次整定，获取到二次升温速率与恒温时间Vmax2、Tctk2，同自整定时获取到的Vmax1、Tctk1进行比值运算得出Kv、Kctk、Kapt三个系数，最终影响PID控制参数输出运算，对受控对象进行控制；（8）、系统数据不符合二次整定条件，则由所述步骤（4）获得PID控制参数输出运算，对受控对象进行控制。2.根据权利要求1所述的参数自整定PID温度控制方法，其特征在于所述步骤（3）得到被加热对象温度采样值，计算出一次整定最快加热速...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉梅，迟锋，刘黎明，易子川，水玲玲，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：