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1、(10)申请公布号 CN 102650890 A(43)申请公布日 2012.08.29CN102650890A*CN102650890A*(21)申请号 201210123190.7(22)申请日 2012.04.24G05D 23/00(2006.01)G05B 13/04(2006.01)(71)申请人湖南迪斯生物技术有限公司地址 410013 湖南省长沙市工信技术产业开发区火炬城MO号(72)发明人俞俊民(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所 43114代理人欧阳迪奇(54) 发明名称一种自适应PID温度控制方法(57) 摘要本发明公开了一种自适应PID温度控制方法，包括以下步骤：步。
2、骤一：对温度进行实时采集；步骤二：对加热速度进行实时计算；步骤三：根据实时的加热速度对PID参数进行调整；步骤四：进行PID运算；步骤五：将PID运算的结果转化为对时间量的连续控制，使用双向可控硅直接控制加热丝工作电流的导通与断开。本发明的技术效果在于，在加热过程中计算加热速度，动态调整控制参数，使得加热过程更加稳定，本算法在多台不同仪器，不同环境温度下进行了多次测试，结果表明，能稳定加热到指定温度，加热过程不会出现过冲现象，精度满足系统要求。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附。
3、图 1 页1/1页21.一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对温度进行实时采集；步骤二：对加热速度进行实时计算；步骤三：根据实时的加热速度对PID参数进行调整；步骤四：进行PID运算；步骤五：将PID运算的结果转化为对时间量的连续控制，使用双向可控硅直接控制加热丝工作电流的导通与断开。2.根据权利要求1所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，步骤一中所述的对温度进行实时采集的频率为每两秒一次，温度的采集精度为0.0625。3.根据权利要求1所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，步骤二中对加热速度H_S进行计算的公式为：H_S(T_current-T。
4、_before)/Tint其中T_current为当前温度，T_before为预定义的指定时间之前的温度，Tint为时间间隔。4.根据权利要求1所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，步骤四中PID运算的表达式为：PWM_OUTP_OUT+I_OUT+D_OUT+P_H其中：P_OUT为比例项，I_OUT为积分项，D_OUT为微分项，P_H为维持功率项。5.根据权利要求4所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，PID运算表达式中的P_OUTKPT_diff，其中KP是比例系数，T_diff为当前温差，是目标温度与当前采样温度之间的差值即T_diffT_target-T_curr。
5、ent。6.根据权利要求4所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，PID运算表达式中的I_OUTKI(diff)，其中KI是积分系数，(diff)为由当前算起前面多次采样温差之和。7.根据权利要求4所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，PID运算表达式中的D_OUTKDdiff，其中KD是微分系数，diff为当前温差与上次温差之间的差值，当前温差是目标温度与当前采样温度之间的差值，上次温差为目标温度与上一次采样温度之间的差值。8.根据权利要求4所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，PID运算表达式中的P_HKCT_target，其中KC是维持功率系数，T_targe。
6、t为目标温度。9.根据权利要求1-8中任一所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，步骤三中对PID参数进行调整的过程为：当加热速度H_S大于最大预设值时，则减小PID运算公式中的KP，使得PWM_OUT输出减小；当加热速度H_S小于最小预设值时，则增大PID运算公式中的KC，使得PWM_OUT输出增大。10.根据权利要求1所述的一种自适应PID温度控制方法，其特征在于，步骤五中所述将PID运算的结果转化为对时间量的连续控制的过程为：将PID运算的结果转换为加热丝在一个加热周期内工作电流导通时间的百分比例。权 利 要 求 书CN 102650890 A1/4页3一种自适应 PID 温度控。
7、制方法技术领域0001 本发明涉及一种自适应PID温度控制方法。背景技术0002 在生物试验中，由于往往都对试验温度有着极为严格的要求，故各种用于实现生物反应的仪器的最关键部分就是对于温度的控制，通常，温控系统是非线性的、具有纯滞后的惯性系统，因此温控系统的受控对象可用一阶惯性环节加延迟环节表示，其传递函数是：0003 0004 其中K为系统的静态增益，Tc为系统的时间常数，T为对象的纯滞后时间常数，s为这个方程的自变量。0005 而温控算法一般采用PID算法来实现对系统的控制。所谓PID控制，就是按设定值与测量值之间偏差的比例、偏差的积累和偏差变化的趋势进行控制。传统的PID控制公式为：00。
8、06 0007 上式中，KP为比例系数，uk是第k次采样的输出值；e(k)是第k次采样时刻的偏差值；e(k-1)是第k-1次采样时刻的偏差值；Ki是积分系数，；Kd是微分系数。其控制原理可参见图1，加热过程具有以下特点：0008 (1)由于制造和装配过程中，每台仪器的加热功率都不一致；0009 (2)由于仪器对温度的精度要求很高，应尽量避免出现过冲现象，所谓过冲是指在加热过程中，如果温度上升过快，则很容易超过规定值，就好像冲过规定值似的；0010 (3)环境温度对加热过程有较大的影响，这是由于当季节不同时，环境温度差别很大，如果不进行加热速度的控制，势必出现或者夏天出现过冲，或者冬天加热不到目。
9、标温度的情况。0011 而上述特点说明，由于每台仪器加热功率不一致，故控制算法应该是自适应的，可以对相关参数进行动态调整，同时由于过冲现象的存在，控制算法应该能够对加热速度进行较好控制，但普通PID控制算法没有此功能。发明内容0012 为了解决目前温控方法不能自适应且无法较好控制加热速度的问题，本发明提供一种能有效控制加热速度并能适应各种仪器的自适应PID温度控制方法。0013 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种自适应PID温度控制方法，包括以下步骤：0014 步骤一：对温度进行实时采集；说 明 书CN 102650890 A2/4页40015 步骤二：对加热速度进行实时计算；00。
10、16 步骤三：根据实时的加热速度对PID参数进行调整；0017 步骤四：进行PID运算；0018 步骤五：将PID运算的结果转化为对时间量的连续控制，使用双向可控硅直接控制加热丝工作电流的导通与断开。0019 所述的一种自适应PID温度控制方法，步骤一中所述的对温度进行实时采集的频率为每两秒一次，温度的采集精度为0.0625。0020 所述的一种自适应PID温度控制方法，步骤二中对加热速度H_S进行计算的公式为：0021 H_S(T_current-T_before)/Tint0022 其中T_current为当前温度，T_before为预定义的指定时间之前的温度，Tint为时间间隔。0023。
11、 所述的一种自适应PID温度控制方法，步骤四中PID运算的表达式为：0024 PWM_OUTP_OUT+I_OUT+D_OUT+P_H0025 其中：P_OUT为比例项，I_OUT为积分项，D_OUT为微分项，P_H为维持功率项。0026 所述的一种自适应PID温度控制方法，PID运算表达式中的P_OUTKPT_diff，其中KP是比例系数，T_diff为当前温差，是目标温度与当前采样温度之间的差值即T_diffT_target-T_current。0027 所述的一种自适应PID温度控制方法，PID运算表达式中的I_OUTKI(diff)，其中KI是积分系数，(diff)为由当前算起前面多次。
12、采样温差之和。0028 所述的一种自适应PID温度控制方法，PID运算表达式中的D_OUTKDdiff，其中KD是微分系数，diff为当前温差与上次温差之间的差值，当前温差是目标温度与当前采样温度之间的差值，上次温差为目标温度与上一次采样温度之间的差值。0029 所述的一种自适应PID温度控制方法，PID运算表达式中的P_HKCT_target，其中KC是维持功率系数，T_target为目标温度。0030 所述的一种自适应PID温度控制方法，步骤三中对PID参数进行调整的过程为：0031 当加热速度H_S大于最大预设值时，则减小PID运算公式中的KP，使得PWM_OUT输出减小；0032 当加。
13、热速度H_S小于最小预设值时，则增大PID运算公式中的KC，使得PWM_OUT输出增大。0033 所述的一种自适应PID温度控制方法，步骤五中所述将PID运算的结果转化为对时间量的连续控制的过程为：将PID运算的结果转换为加热丝在一个加热周期内工作电流导通时间的百分比例。0034 本发明的技术效果在于，在加热过程中计算加热速度，动态调整控制参数，使得加热过程更加稳定，本算法在多台不同仪器，不同环境温度下进行了多次测试，结果表明，能稳定加热到指定温度，加热过程不会出现过冲现象，精度满足系统要求。附图说明0035 图1为现有PID控制原理图；说 明 书CN 102650890 A3/4页50036。
14、 图2为本发明的控制流程图；0037 图3为本发明PWM原理示意图。具体实施方式0038 参见图2，本发明包括以下步骤：0039 步骤一：对温度进行实时采集，进行实时采集的频率为每两秒一次，温度的采集精度为0.0625。0040 步骤二：对加热速度进行实时计算，进行计算的公式为：0041 H_S(T_current-T_before)/Tint0042 其中T_current为当前温度，T_before为预定义的指定时间之前的温度，本发明中的预定义的指定时间取30秒，Tint为时间间隔。0043 步骤三：根据实时的加热速度对PID参数进行调整，当加热速度H_S大于最大预设值时，则减小PID运算。
15、公式中的KP，使得PWM_OUT输出减小，KP为正整数，本实施例中加热速度H_S的最大预设值取0.2，当加热速度H_S大于最大预设值时为加热速度太快，会发生过冲现象，则每次将正整数KP减小1。0044 当加热速度H_S小于最小预设值时，则增大PID运算公式中的KC，使得PWM_OUT输出增大，KC为大于0小于1的小数，本实施例中加热速度H_S的最小预设值取0.1，当加热速度H_S小于最小预设值时为加热速度太慢，则每次将小数KC增加0.04。0045 步骤四：进行PID运算，PID运算的表达式为：0046 PWM_OUTP_OUT+I_OUT+D_OUT+P_H0047 其中：P_OUT为比例项。
16、，比例项的作用是纠正偏差，P_OUTKPT_diff，其中KP是比例系数，T_diff为当前温差，是目标温度与当前采样温度之间的差值即T_diffT_target-T_current。而比例系数KP的整定的过程为：0048 先将KP定为1，做一个简单的只有比例调节的函数，使系统工作于闭环，T_target定在20(即恒温范围的中间值)纪录响应曲线，如果曲线没有出现振铃则可能是KP偏小，调整KP，使曲线出现轻微振铃。反之振铃幅度过大，则可能是KP偏大。本实施例中KP的取值为10。0049 I_OUT为积分项，积分项用于消除系统稳态误差，其中KI是积分系数，(diff)为由当前算起前面多次采样温差。
17、之和，本实施例中次数取20。其中KI的选取与T_c(采样周期)和积分时长有关。而积分时长T_c*采样个数，KI(10*满功率值)/size(size为采样个数)，本实施例中KI的取值为0.22。0050 D_OUT为微分项，微分项用于减小系统超调量，增加系统稳定性。D_OUTKDdiff，其中KD是微分系数，diff为当前温差与上次温差之间的差值，上次温差为目标温度与上一次采样温度之间的差值。KD的取值大致为系统的纯滞后时间，本实施例中KD的取值为100。0051 P_H为维持功率项，达到目标温度后，即其它项均趋于0的情况下，此项起抵消散热维持温度的作用，可增加系统稳定性。P_HKCT_tar。
18、get，其中KC是维持功率系数，T_target为目标温度。KC的整定过程为：取KC的初始值为0.1，然后根据测试结果进行调整，如果加热过程非常缓慢，则增大KC的值，如果加热过程较快并且出现过程，则减小KC的值。说 明 书CN 102650890 A4/4页6本实施例中KC的取值为0.12。0052 步骤五：将PID运算的结果转化为对时间量的连续控制，使用双向可控硅直接控制加热丝工作电流的导通与断开。0053 参见图3，利用脉冲宽度调制原理(PWM)来实现模拟化控制，将PID运算的结果对模拟量的连续控制转化为对时间量的连续控制，使用双向可控硅直接控制加热丝工作电流的导通与断开。本发明设置的加热周期为2s，而PID运算结果为0-100之间的整数，表示在一个加热周期中，加热丝工作电流导通的时间百分比例。假如PID运算结果为65，则表示加热丝工作电流导通的时间百分比例在2s中占65，意味着在一个2s的加热周期内，加热丝工作电流的导通时间为1.3s，断开的时间为0.7s。说 明 书CN 102650890 A1/1页7图1图2图3说 明 书 附 图CN 102650890 A。