[發(fā)明專利]基于PID控制的電加熱爐智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811440932.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN109634319A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊奕;高龍;顧海勤;任曉琳;梅天祥;陳建波;韓青青;于婧雅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D23/20
• 分類號(hào): G05D23/20
• 代理公司: 南通市永通專利事務(wù)所(普通合伙) 32100
• 代理人: 葛雷

1.一種基于PID控制的電加熱爐智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征是：將溫度設(shè)定值和DS18B20檢測(cè)得到的溫度反饋值得到的偏差送入控制電路部分，然后單片機(jī)通過PID算法對(duì)偏差處理獲得控制信號(hào)，再去調(diào)節(jié)電加熱爐的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制；系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間通過定時(shí)器中斷定時(shí)，用戶可以通過鍵盤對(duì)設(shè)定時(shí)間和設(shè)定溫度進(jìn)行設(shè)置，采集到的實(shí)時(shí)溫度、時(shí)間和設(shè)定的溫度都通過LCD1602顯示；

PID控制器設(shè)計(jì)：

控制系統(tǒng)采用智能控制算法，即PID控制算法，通過對(duì)于設(shè)定溫度和實(shí)際溫度的差值的比列，微分，積分三者結(jié)合得到的算法結(jié)果來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行狀態(tài)，從而可以讓控制系統(tǒng)中的控制時(shí)間，超調(diào)量，滯后反應(yīng)以及最后的穩(wěn)定程度都能有較明顯的改善；

搭建數(shù)學(xué)模型：

選用：

作為電加熱爐溫度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型；

式(1)中：G(s)為系統(tǒng)輸入與輸出總熱量之比；s為時(shí)間t經(jīng)過拉氏變換后對(duì)應(yīng)的參數(shù)；k為放大系數(shù)；T為過程時(shí)間常數(shù)；τ為純滯后時(shí)間；

(a)k的求法：k可以用下式求得：

式(2)中：Δu為階躍輸入幅值；y(∞)為響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值；y(0)為響應(yīng)初始值；

(2)過程時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間τ的求法如下：

因?yàn)殡A躍曲線上的拐點(diǎn)不容易確定，直接取階躍響應(yīng)曲線上所對(duì)應(yīng)的t₁和t₂，再按下式計(jì)算滯后時(shí)間τ和過程時(shí)間常數(shù)T，即T＝2(t₂-t₁)；，τ＝2t₁-t₂。；t₁和t₂分別為不同溫度所對(duì)應(yīng)的時(shí)間；

取的數(shù)據(jù)分別為：t₁＝165,t₂＝327,y(0)＝55.7,y(∞)＝75,

輸入控制量u＝5曲線趨于穩(wěn)定后更改輸入控制量u＝7,按照公式求得數(shù)據(jù)為：

k＝10；T＝324；τ＝3。

所以，傳遞函數(shù)為：

那么，接下來進(jìn)行用此數(shù)學(xué)模型進(jìn)行MATLAB仿真來整定PID控制器的參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID控制的電加熱爐智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征是：所述進(jìn)行MATLAB仿真來整定PID控制器的參數(shù)，步驟如下：

1)常規(guī)PID參數(shù)整定

根據(jù)PID控制模型，利用SIMULINK靈活的非線性設(shè)計(jì)功能，可建立倒SIMULINK模型；溫度設(shè)定為50℃，根據(jù)傳遞函數(shù)的各項(xiàng)系數(shù)，調(diào)節(jié)PID的各個(gè)參數(shù)，當(dāng)K_p＝0.078、K_I＝0.013、K_D＝0.118的時(shí)候，運(yùn)行SIMULINK模型，得到仿真曲線；當(dāng)K_p＝5、K_I＝0.02、K_D＝5時(shí)得到最佳的控制效果；

2)在不改變參數(shù)的情況下，給系統(tǒng)加一個(gè)干擾；未進(jìn)行PID整定和加干擾后進(jìn)行PID整定仿真曲線。