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温度控制系统研究背景与现状

1研究背景1

2国内外现状.1

2.1定值开关温度控制法.1

2.2PID线性温度控制法2

2.3智能温度控制法.3

2.4国内外实例.4

1研究背景

温度是生活与生产中最基本的物理量,它表征的是物体的冷热程度.自然界中

任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系.在很多生产过程中,温度的测量和控

制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济

指标相联系.自18世纪工业革命以来,工业过程离不开温度控制.温度控制广泛应

用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等.温度控制的精度以

与不同控制对象的控制方法选择都起着至关重要的作用,温度是锅炉生产质量的

重要指标之一,也是保证锅炉设备安全的重要参数.同时,温度是影响锅炉传热过

程和设备效率的主要因素.基于此,运用反馈控制理论对锅炉进行温度控制,满足

了工业生产的需求,提高了生产力.

2国内外现状

温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控

制.动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进

行变化.在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标,如在发酵过程控制,化工

生产中的化学反应温度控制,冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等.恒值温度控制的

目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上,且要求其波动幅度〔即稳态误差〕

不能超过某一给定值.从工业温度控制器的发展过程来看,温度控制技术大致可分

以下几种：

2.1定值开关温度控制法

所谓定值开关控温法,就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定

目标温度值之间的关系,进而对系统加热源〔或冷却装置〕进行通断控制.若当前

温度值比设定温度值高,则关断加热器,或者开动制冷装置；若当前温度值比设定

温度值低,则开启加热器并同时关断制冷器.这种开关控温方法比较简单,在没有

计算机参与的情况下,用很简单的模拟电路就能够实现.目前,采用这种控制方法

的温度控制器在我国许多工厂的老式工业电炉中仍被使用.由于这种控制方式是

当系统温度上升至设定点时关断电源,当系统温度下降至设定点时开通电源,因而

无法克服温度变化过程的滞后性,致使系统温度波动较大,控制精度低,完全不适

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用于高精度的温度控制.

2.2PID线性温度控制法

1922年美国的Minorsky在对船舶自动导航的研究中,提出了基于输出反馈的

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比例积分微分〔PID,ProportionalIntegralDifferential〕控制器的设计方法,标志

了PID控制的诞生.随后,PID控制器就以其结构简单、对模型误差具有鲁棒性以

与易于操作等特点,在大多数控制过程中能够获得满意的控制性能,到了20世纪

40年代就已在过程控制中得到了广泛的应用.

20世纪30～40年代,经典的频域设计法得到了很快的发展.较为重要的是

Nyquist和Bode在稳定性理论上所取得的重要成就.这种经典设计方法是设计一

种反馈补偿器,以获得一定量的稳定裕度,重点考虑了模型的不确定性,并利用反

馈来减少系统对干扰和模型误差的灵敏度.补