为了实现温度的高精度控制
PID算法在温控医疗仪器上的应用
PID算法在温控医疗仪器上的应用2008-02-27 08:42摘要：在微机应用系统中，使用PID算法实现参数控制，可以取得快速、精确的控制效果。
本文通过一种医用温控装置，介绍PID算法在这方面的应用。
在硬件上还扼要介绍了晶闸管的温控原理。
概述：随着微电子技术的迅速发展，许多医疗仪器实现了对诸多参数的自动检测与控制。
在这里我们介绍一种温控系统的PID算法编程及晶闸管温控的加热原理。
该系统不但可用于透析机，也可用于其他恒温控制和24小时连续治疗机器。
1 硬件设计1.1 硬件结构该系统采用80C31单片机作为核心部件，外接2K字节EPROM，存贮用户控制程序。
一片10位A/D转换器将温度信号转变为数字量输入微机后，与温度设定值进行比较，采用PID算法计算出电压调整量，控制晶闸管的导通时间，实现控温目的。
1.2 晶闸管控温过程液温的电加热一般采用移相触发可控硅调节方式。
即微机根据PID公式计算出控制电压值，经D/A变换成模拟量输出给晶闸管，控制可控硅导通角。
为避免电源畸变造成干扰，此处采用双向晶闸管固定周期控制方式。
工作原理为，选定控制脉冲的周期Tc=1s，100个工频电源半周期即为10 ms。
根据PID计算结果，微机在1秒固定周期内，发出不同宽度的电脉冲去控制双向晶闸管的门极，改变其导通时间，从而控制加热器的平均输出功率。
双向晶闸管控制接口逻辑如图1所示，其控制周期及输出波形参见图2。
图1 双向晶闸管控制逻辑图2 双向晶闸管的控制周期及输出波形2 PID控制程序设计要实现对温度的高精度、高稳定度控制，必须采用合理的控制算法。
在这一系统中我们采用技术成熟，应用广泛的PID调节方式。
它的控制过程为，微机经A/D“读出”实际液体温度Tk，然后和设定温度TG相比较，得出差值ek=TG-TK。
微机根据ek的正负大小，调用PID公式，计算并输出给晶闸管的电压调节量△PK，以使液温迅速趋于设定值。
PID算法的计算公式为△Pk=Kp［(ek-ek-1］+KIek+KD(ek-2ek-1+ek-2)］=Kp(ek-ek-1)+K′Iek+K′D(ek-2ek-1+ek-2)其中K′I=Kp.KI，K′D=KP.KD，ek为本次采样时刻的温度误差，ek-1为上次温度误差，ek-2为再上次采样的温度差值。
物理实验技术中的实验环境要求与控制方法
物理实验技术中的实验环境要求与控制方法引言：在物理实验中，实验环境的要求与控制方法是保证实验精确性和结果可靠性的重要因素。
通过合理的实验环境要求和有效的控制方法，可以最大程度地减少干扰因素，确保实验数据的准确性和可重复性。
本文将从不同实验环境要求和控制方法的角度探讨物理实验技术中的重要性。
1. 温度要求与控制方法温度是物理实验中一个重要的环境因素，需要根据实验需要进行精确控制。
一般来说，实验室的温度要求常常在20-25摄氏度之间。
实验室温度的过高或过低将会对实验结果产生影响。
为了满足实验的要求，实验室通常会安装空调设备，以便在需要时进行温度控制。
在一些需要极高精度的实验中，通常采用恒温箱或恒温水槽等设备来实现温度的精确控制。
恒温箱通过空气对流来实现温度的均匀分布，而恒温水槽通过水的传热性能来保持温度的稳定。
这些控制方法可以有效地避免温度的波动和不均匀性，保证实验的稳定性和可靠性。
2. 湿度要求与控制方法湿度是另一个在物理实验中需要控制的重要环境因素。
湿度的不同会导致实验结果的变化，因此在一些特殊实验中，湿度的控制尤为重要。
实验室一般要求湿度保持在40-60%之间，以确保实验结果的准确性和可重复性。
为了实现湿度的控制，实验室通常会安装湿度调节设备，如加湿器和除湿器。
加湿器可以增加实验室的湿度，而除湿器则可以降低湿度。
通过这些设备的合理运用，可以根据实验需求来调整实验室的湿度，保持湿度的稳定性。
3. 光线要求与控制方法光线是物理实验中常常需考虑的因素之一。
实验过程中，过强或过弱的光线都会对实验结果产生影响。
为了满足实验的要求，通常需对实验室光源进行控制。
在实验室中，常常使用遮光窗帘来调节光线的强度和方向。
当实验需要较弱的光线时，可以通过遮光窗帘来降低光线强度。
当实验需要较强光线时，可以通过合理地打开窗帘来增加光线强度。
此外，还可以利用灯光设备来控制实验室的光照强度，以满足实验的需求。
4. 噪声要求与控制方法在物理实验中，噪声是一个常常被忽视但却对实验结果产生重要影响的因素之一。
基于模糊控制算法的温控表设计
考虑到工业 过程控制 中 ，大多数对象 都具有 复杂 的非线 性特 性， 且难 以得到其精 确的数学模 型 ， 因此采用 基于模糊 原理 的
控制算法 ， 具有测量精 度高 、 可靠性好 、 干扰性 能强 、 抗 可广
泛应 用 于 钢 铁 、 金 、 织 、 工 等 行 业 。 冶 纺 化
脉冲信 号输入 至 Ｍ Ｓ ５ 的 口进 行频 率计 数 ，该计数 脉冲 Ｃ 一 １
频率 即反映了所测温度 的大小 ， 系统进 模糊控制 运算 ， 若所测
温度与 系统设定温度不相符 ， 据模 糊控制计算结果进行温度 根 自动调节 的控制 ，同时各 分机 的通 讯 口 ＭＡ ４ ７与主机进行 Ｘ８ 数据通讯与传送 ， 由主机输人参数可进行 所有 温控表的温度设 定。系统所设定 的温度数据存储于看 门狗 芯片 Ｘ ５ ４ ２ ０ ５中， 同 时当检 测温 度超过设定 温度一定值 时系统进行报警。 本系统采 用一 片 ８ ５ １５作为 ８ Ｌ Ｄ数码 管 ， 位 Ｅ 显示 系统设定温度及检 测
在 图 １中 ，系统接通 ２ ０ ２ Ｖ交 流 电源后 ，通过稳 压 电路 （ ８５ ７０ ） ７ ０ 、９ ５ 产生 ±５ Ｖ直流工作电源 ， 以满足本 系统 中集成 电 路工作 需要 。 温度首先通过温度传感 器及 运算 放大器将 被测温
度 的变 化转换成电压信号 ，由 Ｌ ３ 进 行电压 ／频率 变换 为 Ｍ３ １
摘要 ： 工业过程 温度对 象是一 个难 以建立精确 的数学模 型， 出采用模 糊控制 算法应 用于温控表 ， 提 介绍 了温控表 的硬 件设计 、 件设 软
计 。应 用表 明， 该温控表 巨能 可靠， 度较 高。 精 关键词 ： 温控表 ； Ｔ ９ ５ ； Ａ ８Ｃ １模糊控制
HEU-C-003
水温控制系统目录摘要 (2)1. 方案论证 (3)1.1 题目解析 (3)1.2 各种方案比较与选择 (3)2. 系统硬件设计 (4)2.1 系统的总体设计 (4)2.2 单元电路设计 (4)2.21温度采集模块 (4)2.22单片机控制模块 (5)2.23键盘输入 (5)2.24液晶显示模块 (5)2.25控制模块 (6)2.3 发挥部分设计与实现 (6)2.31报警模块 (7)3. 系统软件设计 (8)3.1程序总体设计 (8)4. 测试结果及其分析 (8)总结 (9)附录一 (10)附录二 (10)摘要：此温度自动控制系统可以实现手动设定的标准温度和实测温度进行比较以实现自动控制温度的调节。
该系统利用STC89C52单片机作为主控芯片，采用数字式温度传感器DS18B20测量所需的温度，温度误差可达±0.5℃。
图形、数据显示使用12864字符液晶，可以形象的显示测得的温度以及温度的变化曲线。
此系统包括温度采集模块、键盘输入模块、单片机主控模块、报警模块、液晶显示模块、控制模块、加热器、制冷器。
本系统通过并行通信实现温度设定、控制和显示，有体积小、交互性强等优点。
为了实现高精度的水温控制，本单片机系统采用PID算法控制技术，通过控制加热棒、半导体制冷片和电源的接通、断开，从而改变水温加热或制冷时间的方法来实现对水温的控制。
关键词：STC89C52 DS18B20 加热制冷温度自动控制1. 方案论证1.1 题目解析根据命题要求设计制作一个水温自动控制系统，水温可以在10℃—70℃量程范围内实现人工设定，并且在环境温度降低或升高时实现自动控制，。
主要性能指标有：（1）可键盘设定控制温度值，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.1℃；（2）可以测量并显示水的实际温度。
温度测量误差在±0.5℃内；（3）水温控制系统应具有全量程（10℃—70℃）内的升温、降温功能（降温可用半导体制冷片、升温用800W以内的电加热器）；（4）在全量程内任意设定一个温度值（例如起始温度±15℃内），控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。
基于AD590的新型药温测量装置的原理与使用
和其它装药辅助元件 ，药粒散装或分成 布 的方法来 得 出平均温度 。采用 间接
药 温 测 量 的特 点
药包 ，均匀或非均匀地 置于药筒 内，药 式 电子 采集 与计算机 解算 法 ，然 后与
火 控计 算机实 现实 时信息 传输 。即把 传 统 的弹 药温度 测量 大多都直 接 筒 内部的温度也是不均匀的。 当弹 药 的初 始温度 与外 界温 度不 不 同装药 号在不 同存 放区 的药温随 环 使 用弹 药箱 内 的气 温 ，药 温检 测手 段 是 使用 测温弹 和温 度计 。在弹 药箱 内
基于ＡＤ ９ 的新型药温测量装置的 ５０ 原理与使 用
Ｐｒ ｃ ｅ ａ ｄ Ｕ ａ ｅ ｏ ｗ ｏ ｌ ｎ ｅ ｉ ｉ ｎ ｓ ｇ ｆ ｎ ｐｌ Ｎｅ Ｐｒ ｐｅｌ ｔＴ ｍｐｅ ａ ｕ ｅ Ｍ ｅ ｓ ｒ ｇ ａ ｒ ｔｒ ａ ｕ ｉ ｎ
Ｄｅｖｃ ｓ ｉ ｅ Ｂａ ｅｄ ｎＡＤ５ ｏ ９ｏ
． …
防水 、 防尘 、 寿命长 、 性能稳定等特点 。
图２ 药温测量误差校正电路图
结 束语
输 出电压 的表达式 为
ｎ
＝
条件 ，所 以测 温 电路 也是 本设 计的重 要 一环 ，其测 温精度 直接 影响输 出结 果 的精度 。根据 整体 误 差小 于 １ ℃的
要求 ，测温环节的误差应小 ０４ ．℃。
本文 通过讨论 火炮发射 药装药温 度 的 间接测量 方法 ，设 计了适 合于装 药 温度 间接测量 要求 的环境温 度测 量
电路。设计 电路 已成功 应用 于武器 系 统 之 中 ，精 密环 境温度 的测 量保证 了 发射 药 问接测 量解 算 的结果符 合战技 指标 。
基于USB2.0多功能数据采集卡的室内温度自动控制系统设计
基于USB2.0多功能数据采集卡的室内温度自动控制系统设计摘要：为了实现高精度的室内温度控制,设计了一种以USB2.0多功能数据采集卡为控制核心的温度控制系统并进行了相关测试。
该系统采用温度传感器AD590K对室温进行测量，采用分段线性加PI积分分离控制算法进行温度控制。
实验表明，这种控制方式可以减小超调量，提高温度控制精度。
该系统可以用于对气温控制要求较高的场合。
关键词：USB2.0；AD590K；温度控制1 总体设计方案为了便于实验研究和测试，设计了一个室内温度控制系统，其控制对象为1立方米密封箱体，箱体采用双层结构制成，外层采用内贴保温材料的三合板，内层采用真空有机玻璃，以达到良好的保温效果。
该系统温度可以在一定范围内由人工设定并实现自动调整, 以保持设定的温度基本不变。
该系统实现的主要目的如下：①温度设定范围为4~50℃；②稳态下温度的波动能控制在±1℃以内；③采取有效的控制方法，当设定温度突变（由30℃降低到15℃或由15℃升高到30℃）时, 减小系统的调节时间和超调量；④定温度发生突变（由29 ℃降低到12℃）时，自动显示/记录温度变化的时间曲线。
1.1 系统的硬件结构系统硬件（系统硬件原理如图1所示）分为温度采集模块、核心控制模块、显示控制模块、制冷片驱动模块、电源驱动模块等。
其工作原理是：温度传感器AD590K根据环境温度产生电流信号，此信号被送入电流-电压转换电路，转变为电压信号，并进行调理，然后送到USB2.0多功能数据采集卡进行A/D转换。
数据采集卡上具有10位A/D转换模块和相应的控制模块，根据它的硬件环境和良好的编程环境而设计的电路可以将AD590K采集的数据转换为符合要求的数据，并对这些数据进行判断和处理，然后在计算机上显示出测得的数据。
接着判断电路应该工作的状态，经过数据采集卡上的I/O端口控制驱动电路（开关电路），从而驱动半导体制冷片工作，最终达到温度自动控制的目的。
毕业设计(论文)-基于PLC实现的水温控制
基于PLC实现的水温控制XXX（陕西理工学院电气工程系自动化专业，2007级2班，陕西汉中723003）指导教师：XXX[摘要]针对工农业生产中现有的水温控制系统可靠性低、控制精度差、成本高等缺点。
我们利用三菱FX0N60-MR型PLC构建了一个水温控制系统对这一问题进行了研究。
在整个控制系统中以电阻炉作为被控对象，以水温为被控变量，以三菱FX0N60-MR型PLC为控制器，输入部分外加光电耦合器，并用按键和数码管构建了人机接口设置目标温度；控制算法的选择经过对模糊控制和PID算法的实验对比，最终选择采用PID。
PLC程序利用梯形图编程语言进行编写。
在系统搭建完成后我们利用试凑法，通过大量实验对PID控制器的参数进行了优化，进过测试系统能够达到设计要求。
除此之外该系统还具有硬件结构简单、系统可靠性高、制作成本低廉、控制器参数易于调试等优点。
能够利用小型PLC实现对水温较高精度的控制。
[关键词]PLC 温度控制PIDPLC-based temperature control to achieveLiao zhong lin(Grade 07,Class2,Major Automation，Department of Electrical Engineering，Shaanxi University ofTechnology，Hanzhong 723003，Shaanxi)Tutor: Liu pei[Abstract] According to the existing water temperature in the industry and agriculture production control system reliability, low cost, high control precision poor shortcomings. We use mitsubishi FX0N60-MR type PLC has constructed a water temperature control system for this problem is studied. In the whole control system to resistance furnace as controlled object to water temperature as controlled variables, the mitsubishi FX0N60-MR type PLC as the controller, input part plus photoelectric couplers, buttons and digital tube and constructing the man-machine interface set target temperature; The choice of control algorithm based on fuzzy control and PID algorithm experimental, finally choosing PID. PLC program use ladder diagram programming language to write. After the completion of the structures in the system we use trail-and-error, through a large number of experiments of PID controller parameters are optimized, the test system can meet the design requirements. Besides this system also has the hardware structure is simple, system reliability high, production cost is low, and the controller parameters is easy to debug, etc. Can use small PLC to control the water temperature higher accuracy.[Key words] PLC temperature control PID目录绪论 (1)1．设计方案的论证 (2)1.1PLC的选型 (2)1.1.1常用PLC的特点比较 (2)1.1.2本设计PLC的选型 (3)1.2控制方案的选择 (3)1.2.1采用模糊控制的温度控制 (3)1.2.2采用PID算法的温度控制 (3)1.2.3 控制方案的选择 (4)2．硬件电路的设计 (5)2.1PLC硬件资源分配设计 (5)2.2温度传感器 (8)2.2.1 利用温度变送器采集 (8)2.2.2 利用DS18B20采集 (8)2.3输入部分电路设计 (10)2.3.1 设置输入部分电路设计 (10)2.3.2 AD转换结果输入部分电路设计 (10)2.4输出部分电路设计 (10)3．系统软件的设计 (13)3.1PLC编程语言简介 (13)3.2输入部分程序设计 (15)3.3显示部分程序 (15)3.4PID运算部分程序设计 (15)4．系统的调试 (19)4.1硬件调试 (19)4.2软件调试 (19)4.1软硬件联合调试 (19)4.3实验数据 (19)参考文献 (20)英语科技文献翻译 (21)附录 (34)附录A：源程序 (34)附录B：元器件清单 (37)附录C：电路总图 (38)附录D：实物图 (39)致谢 (40)绪论温度控制系统在各行各业的应用虽然很广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高。
动力电池温度控制系统的优化设计
动力电池温度控制系统的优化设计随着电动汽车市场的快速发展，电动汽车的关键部件之一--动力电池，成为了当前电动汽车发展中的瓶颈问题。
动力电池在使用过程中容易受到环境温度的影响，温度过高可能会导致电池老化、损耗，甚至引发安全隐患。
因此，为了保障电动汽车在各种条件下的安全和可靠性运行，动力电池的温度控制必须得到严格的管理和优化设计。
一、动力电池温度控制系统的设计概述动力电池的温度控制系统主要由控制器、传感器和执行器三部分构成。
其中，传感器主要用于收集电池的温度信息，而控制器则是根据传感器收集到的数据进行判断处理，最后通过执行器控制电池的温度。
优化的动力电池温度控制系统需要考虑以下几个方面：1、温度传感器的选用温度传感器是动力电池温度控制系统中最为关键的部分之一。
不同类型的温度传感器能够实现不同的测量精度和控制灵敏度。
一般情况下，为了保证传感器的高精度测量和快速响应，我们需要选用具有高可靠性的电子元件进行加工。
同时，为了更好的保护电池，我们还需要考虑非接触、非破坏性的温度测量技术。
2、控制器算法的优化控制器算法是动力电池温度控制系统中的另一个重点，设计合理的算法可以有效提高温度控制的精度和灵敏度。
一般情况下，应当采用基于串级PID控制算法的控制模型，从而实现对不同温度下的电池进行快速有效的控制。
同时，针对不同的车型和路况，我们还需要进行参数调整和控制策略的优化，以实现更加精确的温度控制。
3、执行器的设计和应用执行器主要用于调整动力电池内部的温度。
一般情况下，我们需要选用具有高能效、高控制精度和高抗热性的执行器进行设计和应用。
同时，我们还需要合理安排执行器的位置和数量，进行多点、多路的温度调整，以实现整车动力电池系统的高效能稳定工作。
二、动力电池温度控制系统的优化策略基于上述的设计概述，我们可以得出以下的动力电池温度控制系统优化策略：1、采用高精度的光学温度传感器为了实现精确的温度控制，我们需要选用高精度的光学温度传感器来进行电池的温度测量。
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精馏过程提馏段温度的前馈和免疫PID-P 串级控制一般的精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐及回流泵等设备组成。
精馏是在一定的物料平衡和能量平衡的基础上进行的。
影响物料平衡的因素包括进料流量和进料成分的变化，以及顶部馏出物及底部出料的变化。
影响能量平衡的因素主要是进料温度的变化、再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化，此外还有塔的环境温度变化等。
针对精馏过程内部机理复杂、参数动态变化的特点，降低受蒸汽压力波动使产品返回操作或不合格品的处理，减少蒸汽能耗及物料损耗，同时也为避免因产品质量不好而降负荷操作，使产品的质量和精馏塔操作的稳定性大大提高。
提出一种采用温度作为间接产品质量指标的前馈补偿和免疫PID-P串级控制方法。
下面是给控制系统的原理图，从图中可以看出此系统包括以提馏段温度作为外环，再沸器的加热量控制作为内环的串集控制系统，同时有进料量的一个前馈补偿。
此系统的主回路采用串级控制系统，其主、副调节器所起作用各有侧重。
主调节器起定值控制作用，且主控参数（提馏段温度）允许波动范围很小，一般要求无余差，因此采用需要高精度的免疫PID 控制器；由于再沸器加热量的变化能够较快地反映在提馏段温度变化上，且能够通过阀门进行控制，因此选择再沸器的加热量控制作为串级控制的副控参主回路采用串级控制系统，其主、副调节器所起作用各有侧重。
主调节器起定值控制作用，且主控参数（提馏段温度）允许波动范围很小，一般要求无余差，因此采用需要高精度的免疫PID 控制器；由于再沸器加热量的变化能够较快地反映在提馏段温度变化上，且能够通过阀门进行控制，因此选择再沸器的加热量控制作为串级控制的副控参
为了实现温度的高精度控制，主回路选用免疫PID控制器作为主控制器；串级控制系统能够迅速克服进入副环的扰动对系统的影响。
此处副回路中再沸器的加热量控制是为了保证提馏段温度的控制质量，允许有余差，因此选用P 控制器，快速消除再沸器蒸汽压力不稳定波动，通过调节蒸汽管路阀门改变再沸器的加热量，保证温度的精确控制。
当进料量、进料温度发生变化引起提馏段温度发生变化时，此时采用前馈补偿控制器对该干扰实现完全补偿。
在反馈控制过程中，若遇到控制通道滞后较大等情况，会使控制质量满足不了工艺要求，此时引入前馈控制可以明显改善系统的控制品质。
通过采用前馈补偿控制，克服外界主要干扰给提馏段温度带来的影响，进一步保证了提馏段温度的稳定性。
特点：由于采用了串级控制系统，改善了被控过程的动态特性；
提高了系统的工作频率；具有较强的抗干扰能力；具有一定得自适应能力；用于克服被控过程较大的容量滞后；用于抑制变化剧烈而且幅度大的扰动；
前馈：动作及时。