采用PID控制原理的温度控制器
摘要：介绍一种高精度的、采用PID控制原理的温度控制器给出了实验结果。这种控制器适用于小功率半导体器件的工作温度控制其控制精度可达±005℃。1引言温度控制已成为工业生产、科研活动中很重要的一个环节能否成功地将温度控制在所需的范围内关系到整个活动的成败。由于控制对象的多样性和复杂性导致采用的温控手段的多样性。例如某种半导体激光器对工作温度的稳定性有较高的要求一般要将温度控制在±01℃左右才能保证器件输出的激光波长不发生超出要求的漂移否则激光波长的超范围漂移将使研究工作难以开展。为达到这种温控要求笔者根据工作中的情况采用PID控制原理研制成适合用于小功率半导体器件的温度控制器。该控制器能够达到很好的控制效果若精心选择PID的各种参数温度控制的精度可以达到±005℃完全可以保证器件的正常工作。2温度控制原理在上述温控实例中器件工作时产生的热量将使器件本身工作温度升高最后达到很高的基本稳定的温度。较高的温度将严重影响器件的各种性能参数也很可能导致器件不能正常工作甚至损坏。温度控制的目的就是将器件的工作温度以一定的精度稳定在一个较低的水平上这样一来就要求根据器件工作时的实际情况如产热量大小等采取一定的措施随时将产生的热量即时散掉并且要求器件在单位时间里产生的热量等于控制器在单位时间里吸收的热量若两者达到动态平衡则可以保持器件工作温度的稳定1。在一定的控制系统中首先将需要控制的被测参数如温度由传感器转换成一定的信号后再与预先设定的值进行比较把比较得到的差值信号经过一定规律的计算后得到相应的控制值将控制量送给控制系统进行相应的控制不停地进行上述工作从而达到自动调节的目的。当控制对象的精确数学模型难以建立时比较成熟且广泛使用的控制方法是采用按差值信号的比例、积分和微分进行计算控制量的方法即PID法其控制规律的数学模型为
其中KP为比例系数e为差值信号eTTsetT温度测量值Tset温度设定值Ti为积分常数Td为微分常数V0、V01为当时及前一时刻的控制量。实现PID控制原理的具体方法因系统的不同而不同2。在我们的系统中采用了增量式计算方法而控制量的输出则采用了位置式的输出形式。在数值控制系统中其控制规律的数学模型演化为
f其中T为采集周期ei、ei1、ei2为此时刻、前一时刻、再前一时刻的差值信号。这种方法的好处在于只需保持前r