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一种应用PWM技术的电加热系统控制算法(2)2004年9月

                                 (6)

    式(6)表明, 项在闭环控制回路之外,不影响系统的稳定性。拉式变换平移定理说明, 仅将控制作用在时间坐标上推迟了一个时间 ,控制系统的过渡过程及其他性能指标都与对象特性为 的完全相同,从而消除了纯滞后部分对控制系统的影响[1]

2.2  数字控制器算法确定

带纯滞后补偿的离散控制系统如图4a所示。对于数字PID控制器可采用具有积分分离作用的PID增量式算式:

             (7)

式中: ;T为采样周期, 为甲酚时间常数; 为微分时间常数。 为积分分离算法e(k)的门限值。可在EPROM中开辟T、 等单元,以供试验调试之用。对于纯滞后补偿即史密斯预估器可按图4b进行计算,先计算传递函数 的输出m(k),再计算预估器的输出 。由零阶保持器法可计算出 的输出为

    (8)

式中: 是纯滞后时间折合到采样周期T的倍数。编程时可在内存中设置 个单元存放 的历史数据以得到 [2]

                     图4  离散控制系统图

2.3 PWM算法

   为了设计高精度温控仪对电热管的加热功率进行连续控制,可采用PWM技术,由上述控制算法得到的增量式算式 作输出,直接改变电热管通断占空比,从而可实现对温度的高精度闭环连续控制。在图5a中,单片机输出位控信号,经7406驱动固态继电器,由双向可控硅作无触点交流开关以控制电热管加热。只要使 输出与电热管通电时间成正比,即可实现加热功率的连续调节,控制原理如图5b所示。为此,可在EPROM中开辟 单元用来存放PWM周期(可预置), 用来存放加热时间 ,而 则用来存放关断时间 。在一个采样周期内,将 的差值存于V 单元,将 的值存于 单元,然后利用单片机内部中断源构成100ms定时器,每产生一个100ms定时中断则 单元的数减1,直到 单元的数为零则使 由高电平变为低电平;若 为负值则 单元赋值为00H, 单元赋值为 ,这样就可以做到温度偏差量与电热管加热时间成正比。

                      图5  电热管PWM控制原理

3 控制系统软件的设计

  系统控制软件包含主程序、显示子程序、A/D转换子程序、键盘子程序、PID及纯滞后补偿子程序、定时中断子程序、PWM子程序7个模块。控制算法程序流程如图6所示。

 a 纯滞后补偿的PID算法             c PWM程序

                  b  控制算法流程图

                  图6  控制算法流程图

4         结束语

应用PWM算法的电加热系统控制算法有效地解决了一阶惯性加纯滞后环节类对象易引起系统产生超调或者振荡、从而使系统稳定性降低地问题,整个系统硬件构成简单,控制精度高,超调小,可靠性高,而且PID参数,PWM周期均可调。因此,该算法可适应于各类电热管加热类负载。


 


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以上资料摘录自《自动化仪表》杂志
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