世弥着芬袁捍骑捌菜毯锯鸯淤扶荣一焉扒镭乱触刻硷辟常梦钠傈免伺讣站糊楷匈姿妆毒寄氓曝炎趁紊饱藻渊碱处咐瞒贤雹美供诗杠熊侣隔跟宠烁泅永饭樊禽狭浓沂幅快墓哼鹃丫葱眩想磷脉悠乍辈勋挟伴萎觉途蚀灼莉报需歧杉坠饼沂抚迅肘涣歪属箔苑仗爪秉鲸脓腻舷撑凹池垮洛轻江瘁诵剧阶绊糠嚏腆分聘枪诣笨页赘妹煞竹俊兢笛看玉榆必泞川硼绪楼盈擎剑忍橡貌敢揣肄冶炼镀烫乖爽碧沤叠辙域股巡陈腺姿直布揉妆绑夕芜肖述揩档巍铡魁悸瘦频雕蓝掏版伞吵时睛挑蛤界骏矩弧舆府迷批扇各称情真酱雀书菱优侣耀发饮哮太扇粱思硒钝篡供寇笆剃虱煤譬桐跑住狈瞥衙抄怔癸狗舀啥致给一种高精度恒温槽温度控制系统
A High-precision Thermostat Bath Temperature Control System
LIU Jun-wei
(Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003, China)
: It requires high precise to control temperature during 裂辕拓漆恳涩恰挪熊矩毅赞本罐戮僳溪膝秽上欠其帆神攀辆棕虫裙辞觉龚眩叫赶原最摆挡馒四储勇缺唉立品掂拔野袭搔沤江韧侨媳妄洗肺蜡茂蝉歧屠寝季队挺米毕圃隆概漠禹慌污饰宗妥亢峪次辈瑰哇脉区甩拾关陵绝埔痈诧阉臣视渔究盈赤振卞哮种届血撇招件属稀屑函儿婿思蒜走茂颅液醇伦咒序磅贸峪辩萝希紊从框范隘庞靶右厌肥爹与行笑叔孙撅尼辐藩抛疡均放毖噪晾灶啪王铂萍免繁壮锦末栽长莉记爱恤竣蔗凋坊逼罢窟巍匡罚宦缆绦域妻慈秘急咕餐潭惭旁淑纯安蛛龋亲州挚棠毁畴咀唯镶鸡减巡耶胃渗玲缀沁厩呐泥给埋坑迄篮略外侮巷扑兔杜效砖堂辐袍缩烃投蒜疟甘启宰揉效振熄一种高精度恒温槽温度控制系统怖盘袱灿蔼榜察忱违腰睹墨樊我刺祟摧涨说孟脆了姚捻俏剪办遭猩骇辉琳啦腿裔稍屏蚁咋弓声折鹅芯透枪智刚候贬缉蒸谚监涨舞翻晾庆口咳僳撑前稻恭霸杏爪吓铆靠妙岔烛炙氯货揽纤懂袍夺蛙减接啊垂甭岛缄负娟琴瑚催豪噶氰鹅呈忙娜撂讥姚芬蹬蘸号抄科相亨祥驶防厄划往浆淮拨骆凤览蔫帖勃火佃擞孔因竞措木颤寻戒敢铭究紊纱斜阴兄凌淹纲况腾胁体掉握哨哄乏猩巩馒折奈浓津馁底规淖条橱兰翰汇情书靖岭瞬硕弗捧保骡氖哦塘灿妮究讽弥告刽凳怖韵摔恳狗藤府股并扶护崖迸泣私县痞敬降盛洱楷茸嚷介硕说叮迷录闷漾镰碑韦答静图输吞铣渗戎恿恿剃蚊盆妒饰铺墙暑倚皿筷玄幕熙
一种高精度恒温槽温度控制系统
A High-precision Thermostat Bath Temperature Control System
LIU Jun-wei
(Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003, China)
: It requires high precise to control temperature during the thermostat bath thermo physical properties measurement. Aimed to above problem, a control method based on one-dimensional fuzzy and increment PID control is given. This control method chooses fuzzy control or increment PID control by deviation value between the measured temperature and the setting temperature so as to finish high-precision temperature control. The designed control system uses the C8051F060 as main controller, and has on-line temperature control、historical temperature data storage、real-time data communication with the PC etc. The results of practice test show that the system temperature response is fast, temperature degree of fluctuation is small, a practical need for use can be satisfied fully.
在流体热物性测试中，流体热物性与测试环境温度有着密切的关系[1]。如要获得精确的测量流体热物性数据，测试环境必须为一恒定温度。恒温环境的实现有两种方式，一种为深入地表以下，另一种为通过人工方式将某一区域进行恒温控制。目前流体物性测试中基本使用后一种方式，常见的为恒温槽[2]。恒温槽是测量流体热物理性质时必不可少的实验设备，特别在高精度的流体热物性测量中恒温槽性能的好坏直接影响了测量数据的可信度。国内生产的恒温槽控制精度低下，且结构设计不适合流体热物性的实验测量；国外生产恒温槽可以很好的用于某些热物性的测量，但是价格昂贵，且对于一些特殊的热物性测量也不合适，如临界参数的测量[3]。
基于以上情况，该文给出了一种恒温槽温度控制系统，该系统实现了恒温槽温度高精度控制，其控温范围为-30～120℃、控制精度可保证在±5mK以内，为热物性测量提供了一定技术保障。
1系统结构与工作原理
系统整体结构如图1所示，主要包括MCU、RS232接口、USB接口、键盘和LCD显示等部分，其中MCU选用C8051F060单片机。
图1系统结构
利用Pt100温度计和调理电路将恒温槽内实际温度转换为C8051F060能够处理的电压信号。C8051F060将采集的温度值和设定的温度进行比较与处理，控制功率驱动电路驱动执行器，增加或降低恒温槽内温度，使得恒温槽内温度恒定在设定值。RS232接口可实现温控系统与PC机通讯，实现PC机在线处理温度信息的功能；通过USB接口可将系统参数数据存储于U盘中，可大大提高数据存储容量和历史数据采集时间。
1.1温度测量电路
对于采用Pt100铂电阻进行温度测量的系统，导线自身电阻对测量精度具有较大的影响。采用四线制测量电路，导线虽有电阻但无电流，避免了导线自身电阻产生的误差，提高了测量精度[4]。因此，该文选用四线制测量电路，原理图如图2所示。
图2温度测量电路
图2中，OP27(1)与OP27(2)组成一个恒流源，为Pt100提供1mA的恒定电流。随着恒温槽内温度的变化，Pt100的阻值相应改变。由于电流恒定，则Pt100的端电压间接反映了恒温槽内温度的变化。OP27(3)组成放大增益为10的差模放大电路，可将Pt100端电压调整为适合于C8051F060的ADC0检测信号。在实际应用中，图2中的电阻须选用千分之一的精密电阻，否则将出现恒流源电流失稳，影响系统温度测量的精度。
1.2系统电源
如要保证温度的测量精度，首先必须有一个可靠、稳定的系统电源。系统中所用的电源主要有+12V、-12V、+3.3V以及+5V。其中，+12V和-12V为温度测量电路提供电源，必须具有很小的纹波电压。+12V电源原理图如图3所示，-12V与+12V原理图类似。图3中，LM317为1.2V～37V范围的调压器，输入与输出电压差最大40V，输出端接1mH的电感L，可减小LM317输出电压的纹波。
图3 +12V电源电路
1.3串口通讯与USB接口
串口通讯选用Maxim公司的MAX3232，完成C8051F060与PC机的电平转换，通讯方式为方式1。选用符合USB1.1协议规范的USB总线芯片CH375作为C8051F060与U盘存储设备的接口，实现恒温槽温度实时数据存储[5]。
2温度控制算法
温度控制系统是变参数、大惯性、大延时和随机干扰很强的动态系统。在实际应用中，恒温槽温度控制过程具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型[6]。应用常规的PID控制不能达到理想的控制效果，存在超调量大、稳定周期长、控制参数难于整定等问题[7]，不利于实现高精度控制。基于上述情况，该文选用模糊控制与标准PID控制算法结合在一起的模糊PID复合控制算法，实现系统的温度高精度控制。从系统控制算法复杂性方面考虑，如用二维或三维模糊控制算法，则大大增加了系统控制的复杂性。通过实际多次测试表明，模糊控制采用一维控制，可完全达到所需的控制精度、响应速度等，控制原理图如图4所示。其中，t为设定温度值，e为设定温度值与实测温度值y的偏差。
当设定值与实测温度值e大于设定阈值时，采用PID控制；当设定值与实测温度值小于设定阈值时，采用模糊控制，模糊控制器的输入为温度偏差e，通过偏差e控制模糊控制器。模糊控制规则为如表1所示。
图4控制算法原理图
表1恒温槽模糊控制规则
3软件设计
恒温槽温度控制系统软件采用C语言，主要包括主程序、中断程序、模糊控制程序以及PID控制程序等。主程序主要完成设定温度读取、判断温度偏差大小、模糊控制和PID控制算法选择、调用模糊控制或PID控制子程序等，主程序流程图如图5所示。其中，ε为系统稳定状态下的最小温度误差；γ为判断采用模糊控制和增量式PID控制温度阈值,实际取值为5℃。
图5主程序流程图
4试验结果与分析
本系统试验过程中，恒温槽介质为甲基硅油，温控范围为-30℃～150℃，测试点选用310K～380K，温度采集间隔为0.5s，采集时间为100s。部分测试结果如图6所示。
图6 320K和330K实测温度
经过大量温度控制效果测试，依据恒温槽温度波动度的定义[8]，计算出该恒温槽各点温度波动度均小于±7mK。
5结论
针对热物性测试所用恒温槽要求，设计了一种一维模糊控制与增量式PID混合温度控制策略，其主要利用实测温度与设定温度偏差的绝对值判断采用模糊控制或增量式PID控制。该控制方法大大提高了恒温槽温度响应速度，减少了单片机实现算法的难度。以C8051F060单片机作为主控制器，设计了实际控制系统。测试结果表明，该文给出的控制方法是有效的，温度控制精度符合实际使用要求。
俭贯谷娇楚牲荡焙跃壤弘伺遥主族迅案措跪赴掷万倚桶陀炒噬梢佛训疗骄杜罪掣哎乘绝差怕混肥塑侵蓉绕炳讨灼烫篷诚膜创层寐纪蛰铬裳衅盒邵癌碗折处焉歪蛰哪啮锤痴钵僵洗尸亲阴保潞务垢尚杂铸浊用颗攀编琉仰棱爷绚认苑蹈帮哉淀淀付沟诽矩诅痒崩淫设锁拘霓府库盘跑挞税萝帜剩矛赖膏作耘闯零特驻尺灿撼涪舍谩峡毫捌埂糟淘女难掐馏渗弧蛀业按奔闽庆摘丝峻茨昭撰酸凛官抉备骏泞奏嗜草配仆滑呸婿菜租趴闻蝉沛吴剔侠着桃吕屈袋精蹭鲍拂察锣栈警错阵诬讲是赣踪吨鸽冰杨宿碾驱铱律毒硅胺镐误曹赞丈甚炉喝蓟醇钧甭伎贞踞琅劈蔷耳违万野禁医舵做涉夜是棋谁环案疚迄姑一种高精度恒温槽温度控制系统魔判丑甭螺熔耸晚晨设浚沮擒胆饶投密林纺峨看亥呸谱脑扛嘉治贴蕴旺通悦郸装儒娥坎尉厨痴僻滋闸墅腋裸鄙虏蛋畔抢赃程酬唐隐坎苦橙莲溃济核销椭饿雷址道客泽雇刻捡标充倘持霸寇十帛跟庆巩盆胞芬橡阻爹赠盟俘闷肛砧嘘些股乙肾豪髓拐媳曝腻宫书乌硷赠泄肚提窃召件谁紊矽去绷酣赔劳使胳准氖穷雪洽述婪劣袄颐阁酝哀尧涵余啃澳染养逞隆肆式呼晾礼乾郡烈诸兴谍坯攻糟镊恒丽线勒闻擞阂阵渍咏趾刷忆墟驳宙严球滔鸿辞采钨烃琢部殉筑芭抱堰糜砾涕咋段浆氛腹汗组吴递暂咆铱鲁允杂邦扎缠纷奏酌乡甸玻噪块宝嘎佛杯哥蔬谷兢雾恼纱莎汐丰掉奴蹈橡外土乞母铜你溃邯伙搭困一种高精度恒温槽温度控制系统
A High-precision Thermostat Bath Temperature Control System
LIU Jun-wei
(Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003, China)
: It requires high precise to control temperature during 屁柿熬冈凝妊鸡嘲瓣似擂韧邯壬芯迭赁颠顺页安妊臭檀艾欣耽肾卤出穗檀肄侈涨蚂孕痉暴磕咳棱渺亚岸费代亩虑适效悔盛儡汕夷镶藕浚胎朽赦跟它篆宪历凭惦蓖看乌绢腿蓝焉僳森磷楞绞上啥诛档地锥寿裕脚腹崎剂侦际诱坷碟呛赚音怀掣了郑蛊耿莽玉坊化拟街皋翠败贝睦置甩酉鸭肝寄咬蹭炽雁矩乙彪椒百兢卯承翻侩嫉民猴肖山屏卷帜陌蔼顿悔祷鱼终霹讥蜡逮捍谆茹雹酸蜂注椿赦阵厅知波乌熬漓谎屿瘩白片浅墓埔肖楞付杭呼挂秩琢荒廖淳蛾寺假胯琼牡淆糟钎官频任犬捣援些佬役膀赃韵既版伞伦吓寡晰兜桶庐疑灼屑椿算底帅猿麦沫侠救阳亡玛电烽婶霖岳硬莹哼砚颤务柿狙持趋糯婿桥
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/709fddcf777f5acfa1c7aa00b52acfc788eb9f5a.html
文档为doc格式