适用于高真空环境的动态赋值pid加热控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种适用于高真空环境的动态赋值PID加热控制系统，涉及高真空环境下材料加热的过程控制领域，它是为解决高真空环境下加热过程的超调温度过高问题而提出的。在传统PID加热控制系统中增加了动态赋值运算器，实现了对PID控制器的多次、动态的赋值，根据当前状态的反馈温度和设定的目标温度值，所赋的中间目标温度值由赋值运算公式计算得出。变化的赋值温度促使PID控制器参数根据动态的中间目标温度迅速作出调整，及时对加热功率进行调节，当反馈温度接近设定的加热目标温度时，能够及时、快速的降低加热功率，甚至停止加热，充分利用了真空环境下物体的热惯性，大幅降低了加热控制过程的超调温度。
【专利说明】
适用于高真空环境的动态赋值PID加热控制系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及高真空环境下物体加热的过程控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着比例-积分-微分（Proport ion-Integration-Differentiat ion，PID)控制理 论的出现，基于各种算法的PID控制器在许多行业得到了广泛的应用，特别是在温度控制领 域，90%的加热控制器是基于PID原理进行设计的。
[0003] 传统的PID加热控制系统如图1所示，其工作原理是根据t时刻加热对象的反馈温 度，与给定的目标温度想比较，以当前的温度误差值作为PID控制器的输入e(t)，由比例系 数如、积分时间常数7T;微分时间常数TO。得到PID控制器的输出t/(t)
(1)
[0005] PID控制器的输出t/(t)控制功率调节器的输出功率，改变加热器的加热功率，使加 热对象的温度升高，控制器的反馈温度值发生变化，温度误差值不断变小，直至达到预设的 目标温度。
[0006] 通常，为防止大气环境下出现的高温氧化现象，材料的高温试验必须在高真空的 保护环境下进行。虽然，模糊理论、神经网络、鲁棒理论等控制原理的引入，涌现出很多改进 的PID控制算法，以适应加热过程的复杂性，满足某些特殊环境下的加热控制。但是，高真空 环境下物体的热惯性大、变化规律复杂，传统的PID控制方法经常出现过高的温度超调，容 易破坏试验材料的结构和性能。 【实用新型内容】
[0007] 为抑制高真空环境下加热过程产生的过高超调温度，本实用新型提出了一种动态 赋值的PID加热控制系统，其控制原理是根据当前温度反馈值与目标加热温度值之间的温 度差，动态的改变PID温控器赋值温度，进而控制加热器功率，完成对加热对象加热过程的 PID控制。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型的加热控制系统包 括PID控制器、功率调节器、加热器、加热对象和温度测量件，PID控制器通过功率调节器控 制加热器的加热功率，加热器直接对加热对象进行加热处理，加热对象上设有温度测量件， 其结构要点是:还包括动态赋值运算器，动态赋值运算器中预设目标温度值，温度测量件将 加热对象的反馈温度值反馈给动态赋值运算器中，动态赋值运算器经过运算处理后赋值给 PID控制器。
[0009] 本实用新型的加热控制方法是：目标温度值先输入至动态赋值运算器，由动态赋 值运算器根据当前加热对象的反馈温度值计算出中间目标温度值，再动态的赋值给PID控 制器，PID控制器根据动态变化的中间目标温度值调解功率调节器的输出功率，改变加热器 的加热功率，使加热对象的温度升高，动态赋值运算器接收到的反馈温度值发生变化，温度 误差值不断变小，直至达到预设的目标温度。
[0010] 优选地，加热过程中动态赋值运算器对PID控制器进行多次、动态中间目标温度值 的赋值。
[0011] 优选地，随着加热对象温度的不断升高，当反馈温度值与目标温度值之间的温度 差值小于rc，动态赋值运算器输出的中间目标温度值等于目标温度值，动态赋值运算器工 作停止，PID控制器将加热对象的温度稳定在目标温度值的温度。
[0012] 优选地，设被当前加热对象的反馈温度值作为动态赋值运算器的输入7\，目标加 热温度冗，则中间目标温度值由动态赋值运算器中的赋值运算公式％ +議- 计算得到，式中#为动态赋值运算器的赋值次数，#〇，1，2……。
[0013] 本实用新型有益效果：
[0014] 与传统的PID加热控制方法不同，本实用新型在加热控制系统中增加了动态赋值 运算器，实现了对PID控制器的多次、动态的赋值，根据当前状态的反馈温度和设定的目标 温度值，所赋的中间目标温度值由赋值运算公式计算得出，变化的赋值温度促使PID控制器 参数根据动态的中间目标温度值迅速作出调整，及时对加热功率进行调节，当反馈温度接 近设定的加热目标温度时，能够及时、快速的降低加热功率，甚至停止加热，充分利用了真 空环境下物体的热惯性，大幅降低了加热控制过程的超调温度。
【附图说明】
[0015] 图1是现有技术PID加热控制系统图；
[0016] 图2是本实用新型的动态赋值PID加热控制系统图；
[0017] 1-目标温度值，2-动态赋值运算器，3-PID控制器，4-功率调节器，5-加热器，6-加 热对象，7-温度测量件。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图2对本实用新型做进一步技术描述：
[0019] 如图2所示，本实用新型包括PID控制器3、功率调节器4、加热器5、加热对象6和温 度测量件7，PID控制器3通过功率调节器4控制加热器5的加热功率，加热器5直接对加热对 象6进行加热处理，加热对象6上设有温度测量件7，还包括动态赋值运算器2，动态赋值运算 器2中预设目标温度值1，温度测量件7将加热对象6的反馈温度值反馈给动态赋值运算器2 中，动态赋值运算器2经过运算处理后赋值给PID控制器3。
[0020] 本实用新型通过读取当前被加热对象的反馈温度值，并将其与设定的目标温度值 进行比较，当反馈温度值小于目标温度值，则动态赋值运算器启动。
[0021] 动态赋值运算器的工作原理如下:设当前被加热对象的反馈温度作为动态赋值运 算器的输入71，根据目标加热温度fs，则动态赋值运算器的输出71 +1为：
[0023] 式中#为动态赋值运算器的赋值次数，#〇，！，2……。
[0024] 赋值运算公式(2)计算出的7\+1作为中间目标温度值输入至PID控制器，调节加热 对象的加热功率;随着加热对象温度的升高，不断测量其反馈温度，当反馈温度7^等于当前 状态下的中间目标温度71+1，进入到下一次的动态赋值过程。
[0025] 随着赋值次数i的增加，加热对象的温度逐步升高，与加热的目标温度逐渐接近， 中间目标温度值的增量温度值越来越近于〇，当反馈温度值等于目标温度值，则动态赋值运 算器停止工作，此时，PID控制器的赋值温度即为加热的目标温度值。
[0026] 本实用新型提出的动态赋值PID加热方法通过对PID控制器的多次动态赋值，促使 PID控制器中PID调节参数根据动态变化的中间目标温度迅速作出调整，及时对加热器的加 热功率进行调节，当反馈温度值接近设定的目标温度值时，能够及时、快速的降低加热功 率，甚至停止加热，充分利用了真空环境下物体的热惯性，使加热对象逐步达到设定目标加 热温度，有效避免了过高的温度超调。
[0027] 本实用新型不局限于上述的优选实施例，凡是与本实用新型具有相同或者相近似 的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.适用于高真空环境的动态赋值PID加热控制系统，包括PID控制器、功率调节器、加热 器、加热对象和温度测量件，PID控制器通过功率调节器控制加热器的加热功率，加热器直 接对加热对象进行加热处理，加热对象上设有温度测量件，其特征在于:还包括动态赋值运 算器，动态赋值运算器中预设目标温度值，温度测量件将加热对象的反馈温度值反馈给动 态赋值运算器，动态赋值运算器经过运算处理后赋值给PID控制器。
【文档编号】G05B11/42GK205594335SQ201620118190
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月7日
【发明人】张宇峰, 贾志淳, 邢星, 刘安业, 沈晶, 于占东
【申请人】渤海大学