《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種引入濾波的PID控制算法在溫控系統(tǒng)的應(yīng)用
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
姚立平1,劉偉章2,吳文明1,姜楊陽(yáng)1,雷 鵬1,譚仲威1,王康寧1,李桂香1, 徐 飛1,唐元梁1,吳新社1,黃德群1,陳 軍1,顧 珩1
1.廣東省科學(xué)院健康醫(yī)學(xué)研究所,廣東 廣州510500;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息學(xué)院,廣東 廣州510642
摘要: 為了使得溫控系統(tǒng)響應(yīng)更加穩(wěn)定,在PID控制算法中引入了三階離散濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波,去除了抖動(dòng)噪聲,輸出更為平穩(wěn)的響應(yīng)結(jié)果;此外,設(shè)計(jì)了一種基于STM32微控制器為控制核心的溫度調(diào)控系統(tǒng),由鉑電阻Pt1000和MAX31865構(gòu)成溫度采集模塊,由半導(dǎo)體制冷器TEC和H橋邏輯器構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)模塊,上位機(jī)軟件與下位機(jī)系統(tǒng)使用USB串口通信,將接收的實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行引入濾波的PID調(diào)節(jié),將調(diào)節(jié)輸出值發(fā)送給下位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)一次閉環(huán)的溫度調(diào)節(jié)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,引入濾波器的PID控溫度制方法要優(yōu)于結(jié)合Bang-Bang的PID、引入微分先行PID、步進(jìn)式PID、變積分PID,提高了抗干擾的能力,在工程溫度控制方面具有一定的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。
中圖分類(lèi)號(hào): TP29;TF325.64
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.211847
中文引用格式: 姚立平,劉偉章,吳文明,等. 一種引入濾波的PID控制算法在溫控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2022,48(6):79-83.
英文引用格式: Yao Liping,Liu Weizhang,Wu Wenming,et al. Application of PID algorithm by using filter in temperature control system[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(6):79-83.
Application of PID algorithm by using filter in temperature control system
Yao Liping1,Liu Weizhang2,Wu Wenming1,Jiang Yangyang1,Lei Peng1,Tan Zhongwei1,Wang Kangning1, Li Guixiang1,Xu Fei1,Tang Yuanliang1,Wu Xinshe1,Huang Dequn1,Chen Jun1,Gu Heng1
1.Institute of Medicine and Health,Guangdong Academy of Sciences,Guangzhou 510500,China; 2.College of Mathematics and Informatics,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China
Abstract: In order to make the response of the temperature control system more stable, the third-order discrete filter is introduced in PID control algorithm to filter the input signal, which eliminates the jitter noise and makes the outputs more steady. Besides, a temperature control system based on STM32 micro-controller is designed. The temperature acquisition module is composed of platinum resistance Pt1000 and MAX31865, and the temperature regulation module includes semiconductor cooler TEC and H-bridge logic. The computer software communicates with the cotrol system through USB serial port. The received real-time temperature data is used in PID control algorithm by introducing filter, and the output value is afterwards sent to the computer software to realize a closed-loop temperature control process. The experimental results show that the PID algorithm with filter outperforms PID combined with Bang Bang, differential first PID, step PID and variable integral PID, which improves the ability of anti-interference and has the practical value and application value in engineering temperature control.
Key words : temperature control system;PID control;third-order discrete filter;semiconductor cooler TEC

0 引言

    隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及工業(yè)的發(fā)展,溫度測(cè)控技術(shù)占有很大的促進(jìn)作用[1]。由于溫控系統(tǒng)具有時(shí)變性、非線(xiàn)性及純滯后性等特點(diǎn),因此精確的數(shù)學(xué)模型無(wú)法建立,PID控制算法因?yàn)槠淇刂圃砗?jiǎn)單、穩(wěn)定性好、調(diào)整方便、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越多在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用[2-3]。由于采集的實(shí)時(shí)系統(tǒng)溫度攜帶著干擾噪聲,因此本文引入了三階離散濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波,提高了PID控制方法的抗干擾能力;同時(shí),設(shè)計(jì)了一款以STM32為控制核心的閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)。使用四線(xiàn)制的鉑電阻Pt1000和MAX31865的溫度采集電路;使用半導(dǎo)體制冷器TEC和H橋驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成溫度升降調(diào)節(jié)模塊,采集的實(shí)時(shí)溫度使用USB串口通信傳輸?shù)缴衔粰C(jī)PC端,上位機(jī)軟件依據(jù)當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定的溫度使用引入濾波的PID調(diào)節(jié),將PID輸出值反饋到下位機(jī)系統(tǒng)中,同時(shí)上位機(jī)軟件具有實(shí)時(shí)的溫度曲線(xiàn)、調(diào)節(jié)的功率曲線(xiàn)以及溫度梯度曲線(xiàn)顯示,下位機(jī)具備液晶屏顯示、聲光指示及按鍵存儲(chǔ)等功能。




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作者信息:

姚立平1,劉偉章2,吳文明1,姜楊陽(yáng)1,雷  鵬1,譚仲威1,王康寧1,李桂香1,

徐  飛1,唐元梁1,吳新社1,黃德群1,陳  軍1,顧  珩1

(1.廣東省科學(xué)院健康醫(yī)學(xué)研究所,廣東 廣州510500;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息學(xué)院,廣東 廣州510642)




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