精準控溫的密碼——PID溫度控制參數(shù)的調(diào)節(jié)

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PID 算法 —— 精準控溫的基礎(chǔ)
PID 是在自動化過程控制中應(yīng)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(tǒng),就是基于優(yōu)秀的 PID 算法,實現(xiàn)高精度的溫度控制。
PID 溫度控制參數(shù):
參數(shù) | 參數(shù)名稱 | 調(diào)節(jié)部分 |
Xp | 比例范圍 | P |
Tn | 復位時間 | I |
Tv | 前置時間 | D |
理想的 PID 溫度控制參數(shù)
在有著理想的 PID 控制參數(shù)的狀態(tài)下,實際溫度會在較短的時間內(nèi),與設(shè)定溫度一致。既不會產(chǎn)生溫度過沖(超出設(shè)定溫度),也不會長時間達不到設(shè)定溫度。
當實際溫度與設(shè)定溫度一致后,實際溫度會保持長時間的穩(wěn)定,不會在設(shè)定溫度附近劇烈波動。
理想狀態(tài)下的最佳參數(shù)設(shè)置:

探索最佳的 PID 溫度控制參數(shù)
所有 LAUDA 設(shè)備出廠即設(shè)有調(diào)整好的 PID 參數(shù),以 LAUDA Variocool 為例,當作為冷卻水循環(huán)設(shè)備運行時,出廠前已預(yù)設(shè)了 PID 控制參數(shù),可以直接使用。
但是,對于不同的應(yīng)用,如果更換不同的導熱液,就有可能會出現(xiàn)控溫不穩(wěn)(導熱液的熱容量和粘度會影響控制性能),這時就需要根據(jù)具體情況,對 PID 控制參數(shù)進行現(xiàn)場調(diào)整。
首先,可以通過運行 LAUDA 自帶的參數(shù)自適應(yīng)功能,對 PID 參數(shù)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(yōu)化后的 PID 參數(shù)。

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(yīng)功能選擇的 PID 參數(shù)無法滿足控溫要求,這時就需要對 PID 參數(shù)進行人工調(diào)整,達到較好的控溫狀態(tài)。
實際參數(shù)設(shè)置中遇到的問題:

現(xiàn)象:溫度過沖
原因:Xp 過大

現(xiàn)象:長時間達不到設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)定溫度的過程會過于緩慢。

現(xiàn)象:長時間達不到設(shè)定溫度
診斷:Tn 和 Tv 過大

現(xiàn)象:溫度不穩(wěn)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(guī)定了對現(xiàn)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(shè)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(shè)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(shè)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(jù)經(jīng)驗:Tv=Tn×0.75,根據(jù) Tn 值設(shè)定即可。
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(shù)設(shè)置。在實際的應(yīng)用控制中,三種參數(shù)互相影響,還需要通過實驗摸索以及成熟的經(jīng)驗,來最終確定合適的參數(shù)。如果您有任何疑問,歡迎咨詢 LAUDA!

我們是 LAUDA
精確溫度控制領(lǐng)域的專家。我們的溫度控制儀器和設(shè)備是許多重要應(yīng)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(shù)、半導體和醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的可靠合作伙伴,在研究、生產(chǎn)和質(zhì)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(yè)的建議和創(chuàng)新的解決方案。
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