一种用于压力传感器的温度控制系统设计.pdfVIP

零极点配置自校正温度控制的建模与仿真 基于 smith 的PID 温度控制 基于 MATLAB 的温控系统PID 控制器设计 基于智能 PID 整定的温度控制系统设计 模糊温度控制器的设计与 Matlab 仿真 智能 PID 控制及其在温控系统中的应用 O 引言 在微电子器件领域，针对 SiC 器件的研究较多，已经取得了较大进展，而在 MEMS 领域 针对 SiC 器件的研究仍有许多问题亟待解决。在国内，SiC MEMS 的研究非常少，因而进 行 SiC 高温 MEMS 压力传感器的研究具有开创意义。碳化硅(SiC)具有优良的耐高温，抗腐 蚀，抗辐射性能，因而使用 SiC 来制作压力传感器，能够克服 Si 器件高温下电学、机械、 化学性能下降的缺陷，稳定工作于高温环境，具有光明的应用前景。 然而当外界温度较大时，压力传感器受温度影响精度不高，会产生零点漂移等问题，从 而增大测量误差。于是尝试加工一个腔体，把压力传感器和温度传感器放置在里面形成一个 小的封闭腔体，在外界温度较高或较低的情况下，用加热装置先升温到几十度并维持这一温 度，给压力传感器做零点补偿，提高压力传感器的测量精度。这样就克服了在大温度范围难 以补偿的问题。本文对这个温度控制系统提出了解决方案，采用了 PID 参数自整定控制， 模糊控制属于智能控制方法，它与 PID 控制结合，具有适应温控系统非线性、干扰多、时 变等特点。 1 硬件系统 用放置在腔体内的温度传感器测量恒温箱内的温度，产生的信号经过放大后输出反馈信 号，再用单片机进行采样，由液晶显示恒温箱内的温度，并通过温度控制算法控制加热装置。 所使用的单片机为 STCl25408AD，自带A ／D 转换、EPROM 功能，内部集成MAX810 专 用复位电路(外部晶振20 MHz 以下时，可省外部复位电路)，ISP(在系统可编程) ／IAP(在应 用可编程)，无需专用编程器可通过串口(P3．0 ／P3．1)直接下载用户程序，数秒即可完成 一片。硬件结构框图如图 1 所示。 2 系统的控制模型 电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用一阶惯性环节描述温控对象的数学模型。 式中：K 为对象的静增益；t’为对象的时间常数。 目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号，测取过程对象的阶跃响应，然 后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。具体用科恩-库恩(cohen-coon)公式确定近似 传递函数。 cohn-coon 公式如下： 式中：△M 为系统阶跃输入；△C 为系统的输出响应；t0o ．28 为对象上升曲线为 O．28 △C 时的时间(单位：min)；t0 ．632 为对象上升曲线为 O．632△C 时的时间(单位：min)； 从而求得 K=O．96，t’=747 s 。所以恒温箱模型为： 3 系统的控制模型仿真及实验结果 纯 PID 控制有较大超调量；而纯模糊控制由于自身结构的原因又不能消除稳态误差，稳 态误差较大。所以，考虑把它们两者相结合，实现优势互补。本论文采用参数模糊自整 PID 控制。 使用该模糊控制器在 Simulink 中构建整个控制系统，如图 2 所示。 温度控制系统对应仿真结果如图 3 所示。从上面的仿真结果表明：调节时间 ts 约为 460s ， 稳态误差 ess=O，超调量 σ ％=O。虽然仿真环境不可能与实际情况完全相同，但它的结果 还是具有指导意义的。