[發明專利]基于PID控制的電加熱爐智能溫度控制系統設計方法

在審

• 申請號: 201811440932.2
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109634319A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）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（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 南通市永通專利事務所(普通合伙) 32100
• 代理人: 葛雷

本發明公開了一種基于PID控制的電加熱爐智能溫度控制系統設計方法，包括PID控制器設計：控制系統采用智能控制算法，即PID控制算法，通過對于設定溫度和實際溫度的差值的比列，微分，積分三者結合得到的算法結果來控制執行機構的執行狀態，從而可以讓控制系統中的控制時間，超調量，滯后反應以及最后的穩定程度都能有較明顯的改善。本發明系統具有整體結構簡單、溫度控制的精度較高、實時性好、功能穩定可靠等優點，具有廣泛的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于PID控制的電加熱爐智能溫度控制系統設計方法。

背景技術

隨著科技的迅速發展，人們的生活水平日益改善，傳統設備的利用已經不能滿足人民日益增長的美好生活的需要，以至于對設備的智能化要求越來越高，溫度控制領域就是一個研究的熱點。市場上，對溫度參數控制的目前還大多處于傳統化手動式控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種溫度控制的精度較高、實時性好、功能穩定可靠的基于PID控制的電加熱爐智能溫度控制系統設計方法。

本發明的技術解決方案是：

一種基于PID控制的電加熱爐智能溫度控制系統設計方法，其特征是：將溫度設定值和DS18B20檢測得到的溫度反饋值得到的偏差送入控制電路部分，然后單片機通過PID算法對偏差處理獲得控制信號，再去調節電加熱爐的加熱功率，從而實現對爐溫的控制；系統運行的時間通過定時器中斷定時，用戶可以通過鍵盤對設定時間和設定溫度進行設置，采集到的實時溫度、時間和設定的溫度都通過LCD1602顯示；

PID控制器設計：

控制系統采用智能控制算法，即PID控制算法，通過對于設定溫度和實際溫度的差值的比列，微分，積分三者結合得到的算法結果來控制執行機構的執行狀態，從而可以讓控制系統中的控制時間，超調量，滯后反應以及最后的穩定程度都能有較明顯的改善；

搭建數學模型：

選用：

作為電加熱爐溫度系統的數學結構模型；

式(1)中：G(s)為系統輸入與輸出總熱量之比；s為時間t經過拉氏變換后對應的參數；k為放大系數；T為過程時間常數；τ為純滯后時間；

(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(∞)為響應穩態值；y(0)為響應初始值；

(2)過程時間常數T和滯后時間τ的求法如下：

因為階躍曲線上的拐點不容易確定，直接取階躍響應曲線上所對應的t₁和t₂，再按下式計算滯后時間τ和過程時間常數T，即T＝2(t₂-t₁)；，τ＝2t₁-t₂。；t₁和t₂分別為不同溫度所對應的時間；

取的數據分別為：t₁＝165,t₂＝327,y(0)＝55.7,y(∞)＝75,

輸入控制量u＝5曲線趨于穩定后更改輸入控制量u＝7,按照公式求得數據為：

k＝10；T＝324；τ＝3。

所以，傳遞函數為：

那么，接下來進行用此數學模型進行MATLAB仿真來整定PID控制器的參數。

所述進行MATLAB仿真來整定PID控制器的參數，步驟如下：