1200 grādi Dizaina PID programmas temperatūras kontroles laboratorijas kastes tipa elektriskā krāsns

PID programmas izstrāde, lai kontrolētu 1200 grādu laboratorijas kastes temperatūru - tipa elektriskā krāsns. PID temperatūras kontroles programmas izstrādes atslēga 1200 grādu lodziņam - TIPE elektriskā krāsns ir matemātiskā modeļa izveidē. Pēc termopāra kalibrēšanas un aukstuma - krustojuma kompensācijas pabeigšanas nākamais solis ir novērst dinamisko reakciju nelineārā temperatūras diapazonā. Kad temperatūra paaugstinās virs 600 grādiem, krāsns materiāla starojuma raksturlielumi ievērojami mainās, izraisot ievērojamu tradicionālo PID parametru novirzi. Mēs pieņēmām segmentētu parametru variācijas stratēģiju, sadalot sildīšanas līkni trīs kontroles diapazonos: normāla temperatūra (0-300 grāds), vidēja temperatūra (300–800 grāds) un augsta temperatūra (800–1200 grāds).

Algoritma ieviešanā tiek ieviesta izplūdušā kontrole, lai palīdzētu PID regulēšanai. Kad temperatūras sensors nosaka, ka sildīšanas ātrums pārsniedz iestatīto slieksni par 15%, sistēma automātiski pārslēdzas uz izplūdušo vadības režīmu, dinamiski pielāgojot P, I un D koeficientus, izmantojot dalības funkcijas. Eksperimentālie dati rāda, ka šī hibrīda kontroles pieeja var kontrolēt augsto - temperatūras diapazonu līdz ± 2 grādam, uzlabojot stabilitāti par 40%, salīdzinot ar tradicionālajiem PID algoritmiem.

I. pamatprasības un temperatūras kontroles mērķi

Laboratorijas kastes pamatprasības - tipa elektriskā krāsns (1200 grāds) ir stabila temperatūras kontroles precizitāte (parasti ± 1 - 2 grādi), kontrolējama apkures ātrums (piemēram, 5-20 grāds /min) un ilgtermiņa darbības uzticamība (izvairoties no pārmērīgas pārkaršanas un temperatūras svārstības).
Galvenie mērķi:

Mērķa temperatūra: istabas temperatūra līdz 1200 grādiem (regulējama);

Temperatūras kontroles precizitāte: mazāka vai vienāda ar ± 1 grādu (turēšanas fāze);

Reakcijas ātrums: Sildīšanas laikā nav ievērojama pārsnieguma (mazāk vai vienāda ar 5 grādiem) un atgriezieties pie stabilizācijas 30 sekunžu laikā pēc dzesēšanas/traucējumiem.

II. Aparatūras izvēle (temperatūras kontroles pamati)

PID temperatūras kontrolei ir nepieciešama slēgta cilpa "temperatūras mērīšana - Aprēķins - izpilde." Aparatūra ir fundamentāla, un tai jābūt savietojamai ar augstām - temperatūras scenārijiem līdz 1200 grādiem:

Modulis

Atlases prasības

Ieteicamais risinājums

Temperatūras mērīšanas elements: izturīga pret temperatūru, kas pārsniedz 1200 grādus, ar augstu precizitāti un ātru reakciju; izvairās no signāla traucējumiem. S - Ievadiet termopāres (Platinum - Rhodium 10 - Platinum): gara - Termiņa pretestība līdz 1300 grādiem, precizitāte ± 0,5 grādos (0-1300 grādos), termopāra kompensācijas vadi samazina aukstās šķiras darbības kļūdu.

Temperatūras kontroles kodols: atbalsta PID algoritmu, AD paraugu ņemšanu (termopāriem), PWM izvadi (sildīšanas kontrolei) un spēcīgas anti - traucējumu iespējas. STM32 MCU (piemēram, STM32F103) vai īpaša temperatūras kontroles PLC (piemēram, Siemens S7-1200, kas piemērots rūpniecības scenārijiem).

Sildīšanas izpilde: pielāgo sildīšanas jaudu (izvairās no bieži - izslēgtu ciklu) un ir savietojams ar elektriskajiem krāsns sildīšanas elementiem (piemēram, silīcija oglekļa stieņiem un pretestības vadu). Ciets - stāvokļa releji (SSRS, piemēram, DC - maiņstrāvas modelis: {- laiks, ko kontrolē PWM signāls (piemēram, 50Hz maiņstrāvas, 20ms cikls, pielāgojams darba cikls).

Sildīšanas elements: stabila apkure 1200 grādu grādos ar jaudu, kas atbilst krāsns ietilpībai (piemēram, 10L krāsnī parasti nepieciešami 3 - 5kW). Silīcija oglekļa stieņi (piemēroti temperatūrai no 1000 grādiem līdz 1400 grādiem, izturīgi pret oksidāciju) vai niķeļa-hromija sakausējuma izturības stiepli (piemērota temperatūrai, kas mazāka vai vienāda ar 1200 grādiem, zemām izmaksām).

Papildu moduļi: filtrēšana (termopāra signāla traucējumi), siltuma izkliede (SSR un mikrokontrollers) un trauksme (virspaverība). Zems - caurlaides filtra ķēde (RC filtrs, lai noņemtu augstu - frekvences traucējumus); siltuma izlietne (SSR); Buzzer + Relay (pārmērīga temperatūras sildīšanas robeža).

III. PID temperatūras kontroles serdes algoritma dizains

PID (proporcionāls - integrāls - atvasinājums) sasniedz stabilu temperatūras kontroli, izmantojot "novirzes pielāgošanu". Galvenā formula ir:
Izejas jauda u (t)=kp × e (t) + ki × ∫e (t) dt + kd × de (t)/dt
Kur: e (t)=mērķa temperatūra t_set - faktiskā temperatūra t_act (novirze); KP (proporcionālais koeficients), KI (integrālais koeficients) un KD (diferenciālais koeficients) ir galvenie parametri.