[发明专利]一种基于大时滞被控对象的数字式温度控制系统

说明书

技术领域

本发明属于温度控制技术领域，特别是一种基于大时滞被控对象的数字式温度控制系统。

背景技术

在温控技术领域，根据热传导速度的快慢，被控对象主要分为两种：一种是小时滞的，另一种是大时滞的。与小时滞被控对象相比较，大时滞被控对象的温度控制较为复杂，不但温控精度难以提高，而且温度梯度也比较大，因此，针对被控对象存在较大纯时滞环节时，难以实现精准的控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于大时滞被控对象的数字式温度控制系统，解决了较大纯时滞环节难以精准控制的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于大时滞被控对象的数字式温度控制系统，包括多个温度检测电路、DSP模块、功率放大器和数字PID控制装置，每个温度检测电路由温度检测桥路模块、前置放大器模块和电压转换模块依次连接构成，DSP模块包括A/D转换单元、CPU单元和PWM输出单元，每个温度检测桥路模块一端连接被控对象的热敏器，另一端连接前置放大器模块的一端，前置放大器模块的输出端连接电压转换模块，该电压转换模块的另一端通过A/D转换单元连接到CPU单元，该CPU单元通过PWM输出单元连接到功率放大器上，该功率放大器的输出端连接到被控对象的加热器上，该CPU单元还与数字PID控制装置相连接实现对多个温控区的联合控制功能。。

而且，所述的温度检测桥路模块由两个标准电阻、一个调温电阻和一个测温用热敏电阻构成，热敏电阻安装在被控对象的测温部位，调温电阻外接，两个标准电阻的一端相连并接地，另外一端分别连接调温电阻和热敏电阻，调温电阻和热敏电阻的另外一端相连并接+5V电源，两个标准电阻和调温电阻及热敏电阻的连接端连接前置放大模块的两个输入端。

而且，所述的前置放大器模块采用差动放大器INA118构建而成。

而且，所述的电压转换模块采用了四运算放大器TLC2274。

而且，所述的DSP模块采用TMS320F28335芯片。

而且，所述的功率放大模块由开关功率放大器IRLML2502和运放芯片OP295连接构成。

而且，所述的数字PID控制装置采用的是带史密斯预估器的数字PID控制装置。

本发明的优点和积极效果是：

本发明将被控对象分为多个温控区,每个温控区采用惠斯顿电桥对被控对象进行温度检测,DSP模块通过采集每个温控区的温度数据并进行数据处理实现对被控对象的联合控制功能，当被控对象温度远低于预设温度时，加温电流较大，实现了快速升温；当接近预设温度时，加温电流较小，实现了精准温控的同时还避免了温控系统的振荡，使整个调整过程快速准确。不仅精准控制温度梯度，而且提高了温控精度，在环境界面温度波动±1℃的条件下，温控精度优于百分之一度。本发明具有精度高、反应灵敏、可靠性高、体积小等特点。

附图说明

图1是本发明的系统连接示意图；

图2是一个温控区的温控回路示意图；

图3是带史密斯预估器的数字PID控制装置的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对发明做进一步详述：

一种基于大时滞被控对象的数字式温度控制系统，如图1所示，包括多个温度检测电路、DSP模块、功率放大器和带史密斯预估器的数字PID控制装置，根据被控对象的温度梯度特点，可将被控对象分为多个温控区进行联合控制，本实施例给出被控对象被分为八个温控区。每个温度检测电路由温度检测桥路模块、前置放大器模块和电压转换模块依次连接构成，DSP模块包括A/D转换单元、CPU单元和PWM输出单元，由于DSP模块需要采集八路温度检测电路的温度，因此，AD转换单元也为八个分别连接到CPU单元上。控制系统中各部分电路的连接方式为：每个温度检测桥路模块一端连接被控对象的热敏器上，另一端连接前置放大器模块的一端，前置放大器模块的输出端连接电压转换模块，该电压转换模块的另一端通过DSP模块中的A/D转换单元连接到CPU单元，该CPU单元通过PWM输出单元连接到功率放大器上，该功率放大器的输出端连接被控对象的加热器上。DSP模块中的CPU单元还与带史密斯预估器的数字PID控制装置相连接，通过该数字PID控制装置的数字PID控制算法对转换存储的数据进行处理，以实现八个温控区的联合控制。下面对控制系统中的各个部分分别进行说明：