[發(fā)明專利]微型快速溫變實(shí)驗(yàn)箱溫度控制系統(tǒng)和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010909567.6
• 申請(qǐng)日: 2020-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112214048A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳俊生;王維維;劉子楊;桑梓航;樸昌浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D23/19
• 分類號(hào): G05D23/19
• 代理公司: 重慶市恒信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 李金蓉

本發(fā)明公開(kāi)了一種微型快速溫變實(shí)驗(yàn)箱溫度控制系統(tǒng)和方法，采用了微型冷卻系統(tǒng)和PTC(Positive Temperature Coefficient)加熱器為硬件，控制采用自適應(yīng)模糊PID算法控制固態(tài)繼電器頻率控制PTC加熱時(shí)間，從而控制恒溫箱箱體內(nèi)的溫度。恒溫箱根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)輸入的設(shè)定值，進(jìn)行自動(dòng)判定加熱或者制冷，從而自動(dòng)快速達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)溫度，其溫度控制范圍為?10℃到80℃。該系統(tǒng)使用了自適應(yīng)模糊增量式PID算法，不僅解決了溫度控制系統(tǒng)在大慣性，大延遲的控制精度(穩(wěn)態(tài)誤差)，也減少了快速溫變控制系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及快速溫變?cè)囼?yàn)箱，用于電子，化學(xué)，教學(xué)器材等多行業(yè)。更具體地說(shuō)，涉及一種微型快速溫變?cè)囼?yàn)箱溫度控制系統(tǒng),能夠快速的到達(dá)設(shè)定的溫度而與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。

背景技術(shù)

微型快速溫變?cè)囼?yàn)箱應(yīng)用于電子，化學(xué)和教學(xué)器材等領(lǐng)域，目前由部分恒溫箱使用微型壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)，其設(shè)備機(jī)構(gòu)較大，成本較高，能耗較高，在使用恒溫空間較小的應(yīng)用使十分不方便。市場(chǎng)上另一些恒溫箱只進(jìn)行制熱控制，只能通過(guò)向外界進(jìn)行熱輻射的方式降溫，無(wú)法快速制冷。另外，當(dāng)前的微型恒溫箱存在制冷制熱速率低，而且恒溫穩(wěn)定過(guò)程十分緩慢等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微型快速溫變系統(tǒng)和控制方法，使得恒溫箱工作室內(nèi)的溫度能夠快速自動(dòng)調(diào)整到設(shè)定的目標(biāo)溫度，不受環(huán)境溫度的限制。

為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，微型快速溫變實(shí)驗(yàn)箱溫度控制系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)、PTC加熱器、TMS微控制器和大屏實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。

其中，所述壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)包括冷凝器、蒸發(fā)器、毛細(xì)管和壓縮機(jī)構(gòu)成制冷回路，壓縮機(jī)與冷凝器之間通過(guò)主要冷電磁閥、輔冷電磁閥和壓縮機(jī)冷卻電磁閥搭建了三條支路，從而與制冷回路中的其它部件構(gòu)成主要制冷回路，輔助制冷回路和壓縮機(jī)冷卻回路。主要制冷回路和輔助制冷回路的區(qū)別為制冷劑流量的區(qū)別，壓縮機(jī)冷卻回路是在制熱溫度高于30℃時(shí)，為壓縮機(jī)降時(shí)溫使用。所述蒸發(fā)器(帶風(fēng)扇)位于工作室內(nèi)，通過(guò)壓縮機(jī)制冷回路，吸收工作室內(nèi)的熱量，達(dá)到制冷的效果。

所述PTC加熱器由TMS微控制器通過(guò)PWM脈寬調(diào)制，控制固態(tài)繼電器，從而改變加熱時(shí)間改變制熱量的大小。PTC加熱器位于蒸發(fā)器后部，通過(guò)蒸發(fā)器的風(fēng)扇，使加熱空氣在工作室內(nèi)流動(dòng)，加快工作室內(nèi)升溫或降溫。

所述大屏實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)USB轉(zhuǎn)CAN模塊與TMS微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)命令交換。大屏實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)采用基于Android的大屏數(shù)據(jù)顯示器，可以控制TMS控制器的啟停，并且修改TMS微控制器控制參數(shù)。

所述TMS微控制器采用自適應(yīng)模糊PID算法與有限狀態(tài)機(jī)結(jié)合的方式對(duì)工作室內(nèi)的溫度進(jìn)行控制；采用有限狀態(tài)機(jī)對(duì)工作室的溫度分階段進(jìn)行控制，有限狀態(tài)機(jī)包括以下4個(gè)狀態(tài)：

初始狀態(tài)：初始化自適應(yīng)模糊PID算法的中間參數(shù)和元器件的初始狀態(tài)；

快速加熱狀態(tài)：如果設(shè)定溫度遠(yuǎn)大于實(shí)際溫度，進(jìn)入全速加熱狀態(tài)；

快速制冷控制狀態(tài)：如果設(shè)定溫度遠(yuǎn)小于實(shí)際溫度，進(jìn)入全速制冷狀態(tài)；

溫度控制狀態(tài)：當(dāng)設(shè)定溫度和實(shí)際溫度差在一定范圍內(nèi)，進(jìn)入自適應(yīng)模糊PID調(diào)節(jié)狀態(tài)。其中快速加熱狀態(tài)進(jìn)入PID溫度控制狀態(tài)的控制參數(shù)，即比例系數(shù)Kp，積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd與快速制冷控制狀態(tài)進(jìn)入PID溫度控制狀態(tài)的參數(shù)不同。

本發(fā)明還提供了一種微型快速溫變實(shí)驗(yàn)箱溫度控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

A.初始化：開(kāi)啟蒸發(fā)器風(fēng)扇，關(guān)閉PTC加熱器，關(guān)閉壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)，等待大屏實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的設(shè)定溫度。