[发明专利]一种快速响应的主动控温方法

说明书

本发明公开了一种快速响应的主动控温方法，以负反馈调节为基础，基于PID控制方法，具体包括以下步骤：预先设定被控温度值，获取被控对象当前时刻的温度测量值，并根据样品腔的热阻计算PID控制的比例系数范围，进行初步的主动比例控温调节；根据相应的比例系数范围，进而计算确定积分系数以及微分系数，完成快速主动控温。本发明的PID控制方法，根据样品腔的温度波动动态特性，采用控制系数的预计算，一方面可以使系统快速响应，达到所需温度；另一方面，使加热功率在较小的范围内波动，防止过冲，减少了因为大惯性所造成的温度误差，提高了控温的精确性。

技术领域

本发明涉及主动控温方法，具体涉及一种快速响应的主动控温方法。

背景技术

随着科学技术的发展，各个研究领域对温度环境的稳定性要求越来越高，温度精准控制技术越来越成熟，但其很大程度上是静态的领域。对于某些应用，具有时序，精度约束以及明确且稳定的动态系统行为，使用标准的PID控制器就足够了。但是，精密工业温度控制不属于这些标准应用。例如，注模工艺需要快速更换，即以最小的过冲来重新调节受控温度。另外，加热过程没有表现出稳定的动态行为，因为加热和冷却速率在每个温度设定点都不同。另外，多区域加热系统的区域之间的耦合使得动态行为非常不可预测。因此，不仅需要精确的温度控制，还需要更快的预热阶段和对干扰的更快响应，并且在设定值发生变化时具有最小的过冲和下冲。

目前对温度的控制很多情况下是通过手动方式完成，控制过程中，操作员根据温度偏差，波动特性，由经验判断控制量的大小和操作时间。虽然手动控制可以得到较好的控制效果，但是可能持续时间较长，且对于无经验操作时可能会出现超调量过大，调节时间过长，甚至会因为与工艺过程中的温度控制精度相差太大，而无法使用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的对温度对象进行控制时存在的超调量大、调节时间长的问题，本发明提供了一种快速响应的主动控温方法，能够根据样品腔的温度波动动态特性，采用控制系数的预计算，对温度对象实现超调量小、调节时间短的PID控制。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)预设被控温度值，并监测被控对象的实时温度值；

(2)获取被控对象的温度动态传递模型；

(3)根据被控对象的温度动态传递模型，以及热阻、实时温度以及设定温度的实时反馈，计算PID控制的比例系数范围，进行对应加热功率的加载，完成比例控温调节；

(4)根据相应的比例系数范围，计算确定积分系数以及微分系数，完成PID快速主动控温。

进一步地，所述被控对象的温度动态传递模型包括：

e(t)＝T_real(t)-T_set

其中，q(t)为加载的加热功率，T_real(t)为被控对象的实时温度，T_set是目标温度，即设定温度，e(t)为输入偏差，K_P、K_I和K_D分别为比例系数、积分系数和微分系数，T为调节周期，T_I和T_D分别为积分时间常数和微分时间常数。

进一步地，所述比例系数K_P、积分系数K_I和微分系数K_D的范围分别由下式确定：

K_I＝βK_P

K_D＝γK_P