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精準控溫的密碼——PID溫度控制參數的調節

更新時間:2024-01-11


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01

PID 算法 —— 精準控溫的基礎

PID 是在自動化過程控制中應用最為廣泛的一種方法。PID 即按偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進行控制,告訴 CPU 如何輸出控制量,以使測量值與給定值一致,達到自動控制的效果。LAUDA 的恒溫控制系統,就是基于優秀的 PID 算法,實現高精度的溫度控制。



PID 溫度控制參數:

參數

參數名稱

調節部分

Xp

比例范圍

P

Tn

復位時間

I

Tv

前置時間

D


02

理想的 PID 溫度控制參數

在有著理想的 PID 控制參數的狀態下,實際溫度會在較短的時間內,與設定溫度一致。既不會產生溫度過沖(超出設定溫度),也不會長時間達不到設定溫度。


當實際溫度與設定溫度一致后,實際溫度會保持長時間的穩定,不會在設定溫度附近劇烈波動。

理想狀態下的最佳參數設置:

03

探索最佳的 PID 溫度控制參數

所有 LAUDA 設備出廠即設有調整好的 PID 參數,以 LAUDA Variocool 為例,當作為冷卻水循環設備運行時,出廠前已預設了 PID 控制參數,可以直接使用。


但是,對于不同的應用,如果更換不同的導熱液,就有可能會出現控溫不穩(導熱液的熱容量和粘度會影響控制性能),這時就需要根據具體情況,對 PID 控制參數進行現場調整。


首先,可以通過運行 LAUDA 自帶的參數自適應功能,對 PID 參數進行選擇。從控制面板上選擇 Menu - Setup - Control - Self  adaptation ,通過運行 Self adaptation 程序,可以得到自動優化后的 PID 參數。



不過,在我們的實際工作中,難免會遇到較復雜的情況,自適應功能選擇的 PID 參數無法滿足控溫要求,這時就需要對 PID 參數進行人工調整,達到較好的控溫狀態。

實際參數設置中遇到的問題:

現象:溫度過沖

原因:Xp 過大


現象:長時間達不到設定溫度

原因:Xp 過小


比例范圍 Xp 代表對偏差比例 P 的控制。例如控制偏差為 2 K,Xp 設置為 10 K,則 P為控制偏差的 20%。


如果選擇的 Xp 過大,P 值較小,實際值會提前到達比例范圍,實際溫度容易過沖,超出設定溫度。


如果選擇的 Xp 過小,P 值保持 100% 的時間過長,控制值會迅速減小,實際溫度接近設定溫度的過程會過于緩慢。


現象:長時間達不到設定溫度

診斷:Tn 和 Tv 過大


現象:溫度不穩定

診斷:Tn 和 Tv 過小


復位時間 Tn 代表對積分部分 I 的控制,規定了對現有控制偏差進行積分的時間間隔。Tn 過大,控制偏差積分過慢,達到設定溫度的速度也會過于緩慢; Tn 過小,則導致積分運行太快,實際溫度會在設定溫度附近劇烈振蕩。


前置時間 Tv 代表對微分部分 D 的控制,它會影響實際溫度接近設定溫度的速度,并會抵消 P 和 I 對溫度控制的影響。前置時間 Tv 越大,輸出信號的衰減越強。根據經驗:Tv=Tn×0.75,根據 Tn 值設定即可。

04

精準控溫,咨詢 LAUDA

以上為大家簡單介紹了用于精準控溫的 PID 參數設置。在實際的應用控制中,三種參數互相影響,還需要通過實驗摸索以及成熟的經驗,來最終確定合適的參數。如果您有任何疑問,歡迎咨詢 LAUDA!


我們是 LAUDA


精確溫度控制領域的專家。我們的溫度控制儀器和設備是許多重要應用的核心,為更美好的未來作出貢獻。我們是電動汽車、氫能、化工、制藥、生物技術、半導體和醫療技術領域的可靠合作伙伴,在研究、生產和質量控制中保證最佳溫度。65 年來,我們每天都以嶄新的面貌支持世界各地的客戶,提供專業的建議和創新的解決方案。



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