2009D题(叶敦范).ppt

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2009D题(叶敦范)

3 2 三、致冷器件驱动模块 例4:使用MSP430控制12位的DAC输出电压控制压控恒流源输出电流 ,采用模拟 PID(比例积分微分)控制来完成对温度的控制,以有效的减小超调量和静态误差,缩短调节时间。 (江汉大学) 方案分析与设计 温度传感器 D/A 压控 恒流 源 TEC 制冷 片 A/D 半导体制冷片控温箱 单 片 机 键盘 图(1)压控恒流源对TEC的温控方案系统框图 液晶屏 PID控制 放大 3 2 三、致冷器件驱动模块 例4: 方案分析与设计 如下图所示,是一个简单、低成本的压控恒 流源,它采用两个功率放大器构成,通过电压控制能提供合适的电流和较大的电流范围,且具有很大的负载承受能力。 3 2 三、致冷器件驱动模块 例4: 方案分析与设计 当R3增大时,导致Io减小,使Vs减小,从而Vo1也减小,但△V=|Vadj-Vo1| 变大,使Vo2变大,V增大,进而又使Io增大,实现恒流输出。 3 2 三、致冷器件驱动模块 例4: 方案分析与设计 下图使用继电器来控制电流方向,实现TEC 单面的加热和 制冷。 控制端TO430为高电平时,三极管T1、T2都导通,使继电器RL1、RL2均吸合,流过TEC的电流反相;TO430端低电平时,则T1、T2截止,RL1、RL2均复位,从而使流过TEC的电流再次反相,实现了对TEC的加热和制冷的转换与控制。 3 2 三、致冷器件驱动模块 例5:数控恒流源控制 (武汉理工大学) 方案分析与设计 恒流源由运算放大器LM358以及MOS管IRF540构成。 Ic 3 2 三、致冷器件驱动模块 例5:数控恒流源控制 (武汉理工大学) 方案分析与设计 根据运放放大器的虚短虚断特性,康铜丝电阻R6两端的电压Ur=Uda/(1+R4/R7),所以,通过半导体的电流Ic≈Ir=10Uda /(1+R4/R7);通过改变R4/R7的比值,就可以调节恒流源的灵敏度,改变Uda的大小就可以直接控制恒流源输出电流的大小,即制冷片的制冷量大小。 Ic 3 2 三、致冷器件驱动模块 例5:数控恒流源控制 (武汉理工大学) 方案分析与设计 在恒流源的设计基础上,配与继电器就可以轻松地实现电流的方向切换,即制冷或加热功能的过渡。 Ic 3 2 四、 控制方法 方案分析与设计 应用在温控领域的控制方法有PID控制、模糊控制、自适应控制、PID控制与模糊控制和自适应控制相结合的一些方法,如Fuzzy-PID控制、Adaptive-PID控制、模糊自适应PID控制等。 在本次竞赛中主要应用的控制方法有两种: ①PID控制, ②PID控制加模糊控制。 3 2 四、 控制方法 方案分析与设计 PID算法示意图 PID算法具有以下优点: ①原理简单、使用方便; ②适应强; ③鲁棒性强。 PID算法即按偏差的比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)进行控制。 3 2 四、 控制方法 方案分析与设计 在模拟控制系统中,PID控制算法的表达式为: 其中:Kp为比例增益,Ti为积分时间,Td为微分时间; u(t)为PID控制器的输出量; e(t)为控制器的偏差信号,它等于给定量与输出 量之差。 (1) 3 2 四、 控制方法 方案分析与设计 为了便于系统实现数字PID控制,将式(1) 离散化如下: 当t=n时 (2) 当t=n-1时 (3) PID算法的增量表达式为 : (4) 取采样转换值Nx 取设定初值 将Nx与初值转化为双字节整数 计算e(k)=ui(k)+ut 计算△Pp(k) =KP*(e(k)-e(k-1)) 计算△Pi(k)=KI*e(k) 计算△PD(k)= KD*[e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)] 计算△P(k) =△PP(k)+△PI(k)+△PD(k) P(k)= △P(k)+△P(k-1) e(k-2) ----e(k-1) e(k-1) ----e(k) 返回 PID算法设计流程图(江汉大学) 3 2 四、 控制方法 方案分析与设计 在上式中,Kp、Ki、Kd 参数受到调试时各种因数的影响,下面是几个学校的实例: 3 2 四、 控制方法 方案分析与设计 (1)参数的确定是在大量试验调试中不断修改完善得到。 3 2 四、 控制方法

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