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。
在实际测试中前10 min每30 s采样一次,后10 min每200 s采样一次,测得实验结果如表1所示。
用Matlab软件处理表1中的测试数据,绘制成变化趋势图,如图4所示。
图4为80℃时系统测得的实验结果,由实验结果表明,在实际测量中仍然有较小的超调量和稳态误差,但是基本接近仿真结果,不能排除一些干扰因素。仿真毕竟是在理想的环境下进行的。
4 结语
本文设计了一种用于压力传感器的温度控制系统,针对压力传感器在高温下易产生零点漂移等问题,加工了恒温封闭腔体,把压力传感器置入其中,通过控制系统控制腔体内的温度,解决了高温压力传感器大温度范围难以补偿的问题,从而可以提高测量精度,通过仿真和实验相印证,本方案是可行的。